]> git.ozlabs.org Git - ccan/blob - ccan/tdb2/doc/design.lyx
tdb2: check for invalid flags in tdb_open.
[ccan] / ccan / tdb2 / doc / design.lyx
1 #LyX 1.6.7 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 345
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38 \author "Rusty Russell,,," 
39 \author "" 
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41
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43
44 \begin_layout Title
45 TDB2: A Redesigning The Trivial DataBase
46 \end_layout
47
48 \begin_layout Author
49 Rusty Russell, IBM Corporation
50 \end_layout
51
52 \begin_layout Date
53 1-December-2010
54 \end_layout
55
56 \begin_layout Abstract
57 The Trivial DataBase on-disk format is 32 bits; with usage cases heading
58  towards the 4G limit, that must change.
59  This required breakage provides an opportunity to revisit TDB's other design
60  decisions and reassess them.
61 \end_layout
62
63 \begin_layout Section
64 Introduction
65 \end_layout
66
67 \begin_layout Standard
68 The Trivial DataBase was originally written by Andrew Tridgell as a simple
69  key/data pair storage system with the same API as dbm, but allowing multiple
70  readers and writers while being small enough (< 1000 lines of C) to include
71  in SAMBA.
72  The simple design created in 1999 has proven surprisingly robust and performant
73 , used in Samba versions 3 and 4 as well as numerous other projects.
74  Its useful life was greatly increased by the (backwards-compatible!) addition
75  of transaction support in 2005.
76 \end_layout
77
78 \begin_layout Standard
79 The wider variety and greater demands of TDB-using code has lead to some
80  organic growth of the API, as well as some compromises on the implementation.
81  None of these, by themselves, are seen as show-stoppers, but the cumulative
82  effect is to a loss of elegance over the initial, simple TDB implementation.
83  Here is a table of the approximate number of lines of implementation code
84  and number of API functions at the end of each year:
85 \end_layout
86
87 \begin_layout Standard
88 \begin_inset Tabular
89 <lyxtabular version="3" rows="12" columns="3">
90 <features>
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96 \begin_inset Text
97
98 \begin_layout Plain Layout
99 Year End
100 \end_layout
101
102 \end_inset
103 </cell>
104 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
105 \begin_inset Text
106
107 \begin_layout Plain Layout
108 API Functions
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110
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113 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
114 \begin_inset Text
115
116 \begin_layout Plain Layout
117 Lines of C Code Implementation
118 \end_layout
119
120 \end_inset
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124 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
125 \begin_inset Text
126
127 \begin_layout Plain Layout
128 1999
129 \end_layout
130
131 \end_inset
132 </cell>
133 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
134 \begin_inset Text
135
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137 13
138 \end_layout
139
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142 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
143 \begin_inset Text
144
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146 1195
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148
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154 \begin_inset Text
155
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157 2000
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159
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163 \begin_inset Text
164
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166 24
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168
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171 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
172 \begin_inset Text
173
174 \begin_layout Plain Layout
175 1725
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177
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184
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186 2001
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188
189 \end_inset
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192 \begin_inset Text
193
194 \begin_layout Plain Layout
195 32
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197
198 \end_inset
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200 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
201 \begin_inset Text
202
203 \begin_layout Plain Layout
204 2228
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206
207 \end_inset
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209 </row>
210 <row>
211 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
212 \begin_inset Text
213
214 \begin_layout Plain Layout
215 2002
216 \end_layout
217
218 \end_inset
219 </cell>
220 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
221 \begin_inset Text
222
223 \begin_layout Plain Layout
224 35
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226
227 \end_inset
228 </cell>
229 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
230 \begin_inset Text
231
232 \begin_layout Plain Layout
233 2481
234 \end_layout
235
236 \end_inset
237 </cell>
238 </row>
239 <row>
240 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
241 \begin_inset Text
242
243 \begin_layout Plain Layout
244 2003
245 \end_layout
246
247 \end_inset
248 </cell>
249 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
250 \begin_inset Text
251
252 \begin_layout Plain Layout
253 35
254 \end_layout
255
256 \end_inset
257 </cell>
258 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
259 \begin_inset Text
260
261 \begin_layout Plain Layout
262 2552
263 \end_layout
264
265 \end_inset
266 </cell>
267 </row>
268 <row>
269 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
270 \begin_inset Text
271
272 \begin_layout Plain Layout
273 2004
274 \end_layout
275
276 \end_inset
277 </cell>
278 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
279 \begin_inset Text
280
281 \begin_layout Plain Layout
282 40
283 \end_layout
284
285 \end_inset
286 </cell>
287 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
288 \begin_inset Text
289
290 \begin_layout Plain Layout
291 2584
292 \end_layout
293
294 \end_inset
295 </cell>
296 </row>
297 <row>
298 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
299 \begin_inset Text
300
301 \begin_layout Plain Layout
302 2005
303 \end_layout
304
305 \end_inset
306 </cell>
307 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
308 \begin_inset Text
309
310 \begin_layout Plain Layout
311 38
312 \end_layout
313
314 \end_inset
315 </cell>
316 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
317 \begin_inset Text
318
319 \begin_layout Plain Layout
320 2647
321 \end_layout
322
323 \end_inset
324 </cell>
325 </row>
326 <row>
327 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
328 \begin_inset Text
329
330 \begin_layout Plain Layout
331 2006
332 \end_layout
333
334 \end_inset
335 </cell>
336 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
337 \begin_inset Text
338
339 \begin_layout Plain Layout
340 52
341 \end_layout
342
343 \end_inset
344 </cell>
345 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
346 \begin_inset Text
347
348 \begin_layout Plain Layout
349 3754
350 \end_layout
351
352 \end_inset
353 </cell>
354 </row>
355 <row>
356 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
357 \begin_inset Text
358
359 \begin_layout Plain Layout
360 2007
361 \end_layout
362
363 \end_inset
364 </cell>
365 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
366 \begin_inset Text
367
368 \begin_layout Plain Layout
369 66
370 \end_layout
371
372 \end_inset
373 </cell>
374 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
375 \begin_inset Text
376
377 \begin_layout Plain Layout
378 4398
379 \end_layout
380
381 \end_inset
382 </cell>
383 </row>
384 <row>
385 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
386 \begin_inset Text
387
388 \begin_layout Plain Layout
389 2008
390 \end_layout
391
392 \end_inset
393 </cell>
394 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
395 \begin_inset Text
396
397 \begin_layout Plain Layout
398 71
399 \end_layout
400
401 \end_inset
402 </cell>
403 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
404 \begin_inset Text
405
406 \begin_layout Plain Layout
407 4768
408 \end_layout
409
410 \end_inset
411 </cell>
412 </row>
413 <row>
414 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
415 \begin_inset Text
416
417 \begin_layout Plain Layout
418 2009
419 \end_layout
420
421 \end_inset
422 </cell>
423 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
424 \begin_inset Text
425
426 \begin_layout Plain Layout
427 73
428 \end_layout
429
430 \end_inset
431 </cell>
432 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
433 \begin_inset Text
434
435 \begin_layout Plain Layout
436 5715
437 \end_layout
438
439 \end_inset
440 </cell>
441 </row>
442 </lyxtabular>
443
444 \end_inset
445
446
447 \end_layout
448
449 \begin_layout Standard
450 This review is an attempt to catalog and address all the known issues with
451  TDB and create solutions which address the problems without significantly
452  increasing complexity; all involved are far too aware of the dangers of
453  second system syndrome in rewriting a successful project like this.
454 \end_layout
455
456 \begin_layout Section
457 API Issues
458 \end_layout
459
460 \begin_layout Subsection
461 tdb_open_ex Is Not Expandable
462 \end_layout
463
464 \begin_layout Standard
465 The tdb_open() call was expanded to tdb_open_ex(), which added an optional
466  hashing function and an optional logging function argument.
467  Additional arguments to open would require the introduction of a tdb_open_ex2
468  call etc.
469 \end_layout
470
471 \begin_layout Subsubsection
472 Proposed Solution
473 \begin_inset CommandInset label
474 LatexCommand label
475 name "attributes"
476
477 \end_inset
478
479
480 \end_layout
481
482 \begin_layout Standard
483 tdb_open() will take a linked-list of attributes:
484 \end_layout
485
486 \begin_layout LyX-Code
487 enum tdb_attribute {
488 \end_layout
489
490 \begin_layout LyX-Code
491     TDB_ATTRIBUTE_LOG = 0,
492 \end_layout
493
494 \begin_layout LyX-Code
495     TDB_ATTRIBUTE_HASH = 1
496 \end_layout
497
498 \begin_layout LyX-Code
499 };
500 \end_layout
501
502 \begin_layout LyX-Code
503 struct tdb_attribute_base {
504 \end_layout
505
506 \begin_layout LyX-Code
507     enum tdb_attribute attr;
508 \end_layout
509
510 \begin_layout LyX-Code
511     union tdb_attribute *next;
512 \end_layout
513
514 \begin_layout LyX-Code
515 };
516 \end_layout
517
518 \begin_layout LyX-Code
519 struct tdb_attribute_log {
520 \end_layout
521
522 \begin_layout LyX-Code
523     struct tdb_attribute_base base; /* .attr = TDB_ATTRIBUTE_LOG */
524 \end_layout
525
526 \begin_layout LyX-Code
527     tdb_log_func log_fn;
528 \end_layout
529
530 \begin_layout LyX-Code
531     void *log_private;
532 \end_layout
533
534 \begin_layout LyX-Code
535 };
536 \end_layout
537
538 \begin_layout LyX-Code
539 struct tdb_attribute_hash {
540 \end_layout
541
542 \begin_layout LyX-Code
543     struct tdb_attribute_base base; /* .attr = TDB_ATTRIBUTE_HASH */
544 \end_layout
545
546 \begin_layout LyX-Code
547     tdb_hash_func hash_fn;
548 \end_layout
549
550 \begin_layout LyX-Code
551     void *hash_private;
552 \end_layout
553
554 \begin_layout LyX-Code
555 };
556 \end_layout
557
558 \begin_layout LyX-Code
559 union tdb_attribute {
560 \end_layout
561
562 \begin_layout LyX-Code
563     struct tdb_attribute_base base;
564 \end_layout
565
566 \begin_layout LyX-Code
567     struct tdb_attribute_log log;
568 \end_layout
569
570 \begin_layout LyX-Code
571     struct tdb_attribute_hash hash;
572 \end_layout
573
574 \begin_layout LyX-Code
575 };
576 \end_layout
577
578 \begin_layout Standard
579 This allows future attributes to be added, even if this expands the size
580  of the union.
581 \end_layout
582
583 \begin_layout Subsubsection
584 Status
585 \end_layout
586
587 \begin_layout Standard
588 Complete.
589 \end_layout
590
591 \begin_layout Subsection
592 tdb_traverse Makes Impossible Guarantees
593 \end_layout
594
595 \begin_layout Standard
596 tdb_traverse (and tdb_firstkey/tdb_nextkey) predate transactions, and it
597  was thought that it was important to guarantee that all records which exist
598  at the start and end of the traversal would be included, and no record
599  would be included twice.
600 \end_layout
601
602 \begin_layout Standard
603 This adds complexity (see
604 \begin_inset CommandInset ref
605 LatexCommand ref
606 reference "Reliable-Traversal-Adds"
607
608 \end_inset
609
610 ) and does not work anyway for records which are altered (in particular,
611  those which are expanded may be effectively deleted and re-added behind
612  the traversal).
613 \end_layout
614
615 \begin_layout Subsubsection
616 \begin_inset CommandInset label
617 LatexCommand label
618 name "traverse-Proposed-Solution"
619
620 \end_inset
621
622 Proposed Solution
623 \end_layout
624
625 \begin_layout Standard
626 Abandon the guarantee.
627  You will see every record if no changes occur during your traversal, otherwise
628  you will see some subset.
629  You can prevent changes by using a transaction or the locking API.
630 \end_layout
631
632 \begin_layout Subsubsection
633 Status
634 \end_layout
635
636 \begin_layout Standard
637 Complete.
638  Delete-during-traverse will still delete every record, too (assuming no
639  other changes).
640 \end_layout
641
642 \begin_layout Subsection
643 Nesting of Transactions Is Fraught
644 \end_layout
645
646 \begin_layout Standard
647 TDB has alternated between allowing nested transactions and not allowing
648  them.
649  Various paths in the Samba codebase assume that transactions will nest,
650  and in a sense they can: the operation is only committed to disk when the
651  outer transaction is committed.
652  There are two problems, however:
653 \end_layout
654
655 \begin_layout Enumerate
656 Canceling the inner transaction will cause the outer transaction commit
657  to fail, and will not undo any operations since the inner transaction began.
658  This problem is soluble with some additional internal code.
659 \end_layout
660
661 \begin_layout Enumerate
662 An inner transaction commit can be cancelled by the outer transaction.
663  This is desirable in the way which Samba's database initialization code
664  uses transactions, but could be a surprise to any users expecting a successful
665  transaction commit to expose changes to others.
666 \end_layout
667
668 \begin_layout Standard
669 The current solution is to specify the behavior at tdb_open(), with the
670  default currently that nested transactions are allowed.
671  This flag can also be changed at runtime.
672 \end_layout
673
674 \begin_layout Subsubsection
675 Proposed Solution
676 \end_layout
677
678 \begin_layout Standard
679 Given the usage patterns, it seems that the 
680 \begin_inset Quotes eld
681 \end_inset
682
683 least-surprise
684 \begin_inset Quotes erd
685 \end_inset
686
687  behavior of disallowing nested transactions should become the default.
688  Additionally, it seems the outer transaction is the only code which knows
689  whether inner transactions should be allowed, so a flag to indicate this
690  could be added to tdb_transaction_start.
691  However, this behavior can be simulated with a wrapper which uses tdb_add_flags
692 () and tdb_remove_flags(), so the API should not be expanded for this relatively
693 -obscure case.
694 \end_layout
695
696 \begin_layout Subsubsection
697 Status
698 \end_layout
699
700 \begin_layout Standard
701
702 \change_deleted 0 1298979572
703 Incomplete; nesting flag is still defined as per tdb1.
704 \change_inserted 0 1298979584
705 Complete; the nesting flag has been removed.
706 \change_unchanged
707
708 \end_layout
709
710 \begin_layout Subsection
711 Incorrect Hash Function is Not Detected
712 \end_layout
713
714 \begin_layout Standard
715 tdb_open_ex() allows the calling code to specify a different hash function
716  to use, but does not check that all other processes accessing this tdb
717  are using the same hash function.
718  The result is that records are missing from tdb_fetch().
719 \end_layout
720
721 \begin_layout Subsubsection
722 Proposed Solution
723 \end_layout
724
725 \begin_layout Standard
726 The header should contain an example hash result (eg.
727  the hash of 0xdeadbeef), and tdb_open_ex() should check that the given
728  hash function produces the same answer, or fail the tdb_open call.
729 \end_layout
730
731 \begin_layout Subsubsection
732 Status
733 \end_layout
734
735 \begin_layout Standard
736 Complete.
737 \end_layout
738
739 \begin_layout Subsection
740 tdb_set_max_dead/TDB_VOLATILE Expose Implementation
741 \end_layout
742
743 \begin_layout Standard
744 In response to scalability issues with the free list (
745 \begin_inset CommandInset ref
746 LatexCommand ref
747 reference "TDB-Freelist-Is"
748
749 \end_inset
750
751 ) two API workarounds have been incorporated in TDB: tdb_set_max_dead()
752  and the TDB_VOLATILE flag to tdb_open.
753  The latter actually calls the former with an argument of 
754 \begin_inset Quotes eld
755 \end_inset
756
757 5
758 \begin_inset Quotes erd
759 \end_inset
760
761 .
762 \end_layout
763
764 \begin_layout Standard
765 This code allows deleted records to accumulate without putting them in the
766  free list.
767  On delete we iterate through each chain and free them in a batch if there
768  are more than max_dead entries.
769  These are never otherwise recycled except as a side-effect of a tdb_repack.
770 \end_layout
771
772 \begin_layout Subsubsection
773 Proposed Solution
774 \end_layout
775
776 \begin_layout Standard
777 With the scalability problems of the freelist solved, this API can be removed.
778  The TDB_VOLATILE flag may still be useful as a hint that store and delete
779  of records will be at least as common as fetch in order to allow some internal
780  tuning, but initially will become a no-op.
781 \end_layout
782
783 \begin_layout Subsubsection
784 Status
785 \end_layout
786
787 \begin_layout Standard
788
789 \change_deleted 0 1300360559
790 Incomplete.
791  TDB_VOLATILE still defined, but implementation should fail on unknown flags
792  to be future-proof.
793 \change_inserted 0 1300360588
794 Complete.
795  Unknown flags cause tdb_open() to fail as well, so they can be detected
796  at runtime.
797 \end_layout
798
799 \begin_layout Subsection
800 \begin_inset CommandInset label
801 LatexCommand label
802 name "TDB-Files-Cannot"
803
804 \end_inset
805
806 TDB Files Cannot Be Opened Multiple Times In The Same Process
807 \end_layout
808
809 \begin_layout Standard
810 No process can open the same TDB twice; we check and disallow it.
811  This is an unfortunate side-effect of fcntl locks, which operate on a per-file
812  rather than per-file-descriptor basis, and do not nest.
813  Thus, closing any file descriptor on a file clears all the locks obtained
814  by this process, even if they were placed using a different file descriptor!
815 \end_layout
816
817 \begin_layout Standard
818 Note that even if this were solved, deadlock could occur if operations were
819  nested: this is a more manageable programming error in most cases.
820 \end_layout
821
822 \begin_layout Subsubsection
823 Proposed Solution
824 \end_layout
825
826 \begin_layout Standard
827 We could lobby POSIX to fix the perverse rules, or at least lobby Linux
828  to violate them so that the most common implementation does not have this
829  restriction.
830  This would be a generally good idea for other fcntl lock users.
831 \end_layout
832
833 \begin_layout Standard
834 Samba uses a wrapper which hands out the same tdb_context to multiple callers
835  if this happens, and does simple reference counting.
836  We should do this inside the tdb library, which already emulates lock nesting
837  internally; it would need to recognize when deadlock occurs within a single
838  process.
839  This would create a new failure mode for tdb operations (while we currently
840  handle locking failures, they are impossible in normal use and a process
841  encountering them can do little but give up).
842 \end_layout
843
844 \begin_layout Standard
845 I do not see benefit in an additional tdb_open flag to indicate whether
846  re-opening is allowed, as though there may be some benefit to adding a
847  call to detect when a tdb_context is shared, to allow other to create such
848  an API.
849 \end_layout
850
851 \begin_layout Subsubsection
852 Status
853 \end_layout
854
855 \begin_layout Standard
856 Incomplete.
857 \end_layout
858
859 \begin_layout Subsection
860 TDB API Is Not POSIX Thread-safe
861 \end_layout
862
863 \begin_layout Standard
864 The TDB API uses an error code which can be queried after an operation to
865  determine what went wrong.
866  This programming model does not work with threads, unless specific additional
867  guarantees are given by the implementation.
868  In addition, even otherwise-independent threads cannot open the same TDB
869  (as in 
870 \begin_inset CommandInset ref
871 LatexCommand ref
872 reference "TDB-Files-Cannot"
873
874 \end_inset
875
876 ).
877 \end_layout
878
879 \begin_layout Subsubsection
880 Proposed Solution
881 \end_layout
882
883 \begin_layout Standard
884 Reachitecting the API to include a tdb_errcode pointer would be a great
885  deal of churn
886 \change_inserted 0 1298979557
887 , but fortunately most functions return 0 on success and -1 on error: we
888  can change these to return 0 on success and a negative error code on error,
889  and the API remains similar to previous.
890  The tdb_fetch, tdb_firstkey and tdb_nextkey functions need to take a TDB_DATA
891  pointer and return an error code.
892  It is also simpler to have tdb_nextkey replace its key argument in place,
893  freeing up any old .dptr.
894 \end_layout
895
896 \begin_layout Standard
897
898 \change_deleted 0 1298979438
899 ; we are better to guarantee that the tdb_errcode is per-thread so the current
900  programming model can be maintained.
901 \end_layout
902
903 \begin_layout Standard
904
905 \change_deleted 0 1298979438
906 This requires dynamic per-thread allocations, which is awkward with POSIX
907  threads (pthread_key_create space is limited and we cannot simply allocate
908  a key for every TDB).
909 \change_unchanged
910
911 \end_layout
912
913 \begin_layout Standard
914 Internal locking is required to make sure that fcntl locks do not overlap
915  between threads, and also that the global list of tdbs is maintained.
916 \end_layout
917
918 \begin_layout Standard
919 The aim is that building tdb with -DTDB_PTHREAD will result in a pthread-safe
920  version of the library, and otherwise no overhead will exist.
921  Alternatively, a hooking mechanism similar to that proposed for 
922 \begin_inset CommandInset ref
923 LatexCommand ref
924 reference "Proposed-Solution-locking-hook"
925
926 \end_inset
927
928  could be used to enable pthread locking at runtime.
929 \end_layout
930
931 \begin_layout Subsubsection
932 Status
933 \end_layout
934
935 \begin_layout Standard
936 Incomplete
937 \change_inserted 0 1298979681
938 ; API has been changed but thread safety has not been implemented.
939 \change_deleted 0 1298979669
940 .
941 \change_unchanged
942
943 \end_layout
944
945 \begin_layout Subsection
946 *_nonblock Functions And *_mark Functions Expose Implementation
947 \end_layout
948
949 \begin_layout Standard
950 CTDB
951 \begin_inset Foot
952 status collapsed
953
954 \begin_layout Plain Layout
955 Clustered TDB, see http://ctdb.samba.org
956 \end_layout
957
958 \end_inset
959
960  wishes to operate on TDB in a non-blocking manner.
961  This is currently done as follows:
962 \end_layout
963
964 \begin_layout Enumerate
965 Call the _nonblock variant of an API function (eg.
966  tdb_lockall_nonblock).
967  If this fails:
968 \end_layout
969
970 \begin_layout Enumerate
971 Fork a child process, and wait for it to call the normal variant (eg.
972  tdb_lockall).
973 \end_layout
974
975 \begin_layout Enumerate
976 If the child succeeds, call the _mark variant to indicate we already have
977  the locks (eg.
978  tdb_lockall_mark).
979 \end_layout
980
981 \begin_layout Enumerate
982 Upon completion, tell the child to release the locks (eg.
983  tdb_unlockall).
984 \end_layout
985
986 \begin_layout Enumerate
987 Indicate to tdb that it should consider the locks removed (eg.
988  tdb_unlockall_mark).
989 \end_layout
990
991 \begin_layout Standard
992 There are several issues with this approach.
993  Firstly, adding two new variants of each function clutters the API for
994  an obscure use, and so not all functions have three variants.
995  Secondly, it assumes that all paths of the functions ask for the same locks,
996  otherwise the parent process will have to get a lock which the child doesn't
997  have under some circumstances.
998  I don't believe this is currently the case, but it constrains the implementatio
999 n.
1000  
1001 \end_layout
1002
1003 \begin_layout Subsubsection
1004 \begin_inset CommandInset label
1005 LatexCommand label
1006 name "Proposed-Solution-locking-hook"
1007
1008 \end_inset
1009
1010 Proposed Solution
1011 \end_layout
1012
1013 \begin_layout Standard
1014 Implement a hook for locking methods, so that the caller can control the
1015  calls to create and remove fcntl locks.
1016  In this scenario, ctdbd would operate as follows:
1017 \end_layout
1018
1019 \begin_layout Enumerate
1020 Call the normal API function, eg tdb_lockall().
1021 \end_layout
1022
1023 \begin_layout Enumerate
1024 When the lock callback comes in, check if the child has the lock.
1025  Initially, this is always false.
1026  If so, return 0.
1027  Otherwise, try to obtain it in non-blocking mode.
1028  If that fails, return EWOULDBLOCK.
1029 \end_layout
1030
1031 \begin_layout Enumerate
1032 Release locks in the unlock callback as normal.
1033 \end_layout
1034
1035 \begin_layout Enumerate
1036 If tdb_lockall() fails, see if we recorded a lock failure; if so, call the
1037  child to repeat the operation.
1038 \end_layout
1039
1040 \begin_layout Enumerate
1041 The child records what locks it obtains, and returns that information to
1042  the parent.
1043 \end_layout
1044
1045 \begin_layout Enumerate
1046 When the child has succeeded, goto 1.
1047 \end_layout
1048
1049 \begin_layout Standard
1050 This is flexible enough to handle any potential locking scenario, even when
1051  lock requirements change.
1052  It can be optimized so that the parent does not release locks, just tells
1053  the child which locks it doesn't need to obtain.
1054 \end_layout
1055
1056 \begin_layout Standard
1057 It also keeps the complexity out of the API, and in ctdbd where it is needed.
1058 \end_layout
1059
1060 \begin_layout Subsubsection
1061 Status
1062 \end_layout
1063
1064 \begin_layout Standard
1065 Incomplete.
1066 \end_layout
1067
1068 \begin_layout Subsection
1069 tdb_chainlock Functions Expose Implementation
1070 \end_layout
1071
1072 \begin_layout Standard
1073 tdb_chainlock locks some number of records, including the record indicated
1074  by the given key.
1075  This gave atomicity guarantees; no-one can start a transaction, alter,
1076  read or delete that key while the lock is held.
1077 \end_layout
1078
1079 \begin_layout Standard
1080 It also makes the same guarantee for any other key in the chain, which is
1081  an internal implementation detail and potentially a cause for deadlock.
1082 \end_layout
1083
1084 \begin_layout Subsubsection
1085 Proposed Solution
1086 \end_layout
1087
1088 \begin_layout Standard
1089 None.
1090  It would be nice to have an explicit single entry lock which effected no
1091  other keys.
1092  Unfortunately, this won't work for an entry which doesn't exist.
1093  Thus while chainlock may be implemented more efficiently for the existing
1094  case, it will still have overlap issues with the non-existing case.
1095  So it is best to keep the current (lack of) guarantee about which records
1096  will be effected to avoid constraining our implementation.
1097 \end_layout
1098
1099 \begin_layout Subsection
1100 Signal Handling is Not Race-Free
1101 \end_layout
1102
1103 \begin_layout Standard
1104 The tdb_setalarm_sigptr() call allows the caller's signal handler to indicate
1105  that the tdb locking code should return with a failure, rather than trying
1106  again when a signal is received (and errno == EAGAIN).
1107  This is usually used to implement timeouts.
1108 \end_layout
1109
1110 \begin_layout Standard
1111 Unfortunately, this does not work in the case where the signal is received
1112  before the tdb code enters the fcntl() call to place the lock: the code
1113  will sleep within the fcntl() code, unaware that the signal wants it to
1114  exit.
1115  In the case of long timeouts, this does not happen in practice.
1116 \end_layout
1117
1118 \begin_layout Subsubsection
1119 Proposed Solution
1120 \end_layout
1121
1122 \begin_layout Standard
1123 The locking hooks proposed in
1124 \begin_inset CommandInset ref
1125 LatexCommand ref
1126 reference "Proposed-Solution-locking-hook"
1127
1128 \end_inset
1129
1130  would allow the user to decide on whether to fail the lock acquisition
1131  on a signal.
1132  This allows the caller to choose their own compromise: they could narrow
1133  the race by checking immediately before the fcntl call.
1134 \begin_inset Foot
1135 status collapsed
1136
1137 \begin_layout Plain Layout
1138 It may be possible to make this race-free in some implementations by having
1139  the signal handler alter the struct flock to make it invalid.
1140  This will cause the fcntl() lock call to fail with EINVAL if the signal
1141  occurs before the kernel is entered, otherwise EAGAIN.
1142 \end_layout
1143
1144 \end_inset
1145
1146
1147 \end_layout
1148
1149 \begin_layout Subsubsection
1150 Status
1151 \end_layout
1152
1153 \begin_layout Standard
1154 Incomplete.
1155 \end_layout
1156
1157 \begin_layout Subsection
1158 The API Uses Gratuitous Typedefs, Capitals
1159 \end_layout
1160
1161 \begin_layout Standard
1162 typedefs are useful for providing source compatibility when types can differ
1163  across implementations, or arguably in the case of function pointer definitions
1164  which are hard for humans to parse.
1165  Otherwise it is simply obfuscation and pollutes the namespace.
1166 \end_layout
1167
1168 \begin_layout Standard
1169 Capitalization is usually reserved for compile-time constants and macros.
1170 \end_layout
1171
1172 \begin_layout Description
1173 TDB_CONTEXT There is no reason to use this over 'struct tdb_context'; the
1174  definition isn't visible to the API user anyway.
1175 \end_layout
1176
1177 \begin_layout Description
1178 TDB_DATA There is no reason to use this over struct TDB_DATA; the struct
1179  needs to be understood by the API user.
1180 \end_layout
1181
1182 \begin_layout Description
1183 struct
1184 \begin_inset space ~
1185 \end_inset
1186
1187 TDB_DATA This would normally be called 'struct tdb_data'.
1188 \end_layout
1189
1190 \begin_layout Description
1191 enum
1192 \begin_inset space ~
1193 \end_inset
1194
1195 TDB_ERROR Similarly, this would normally be enum tdb_error.
1196 \end_layout
1197
1198 \begin_layout Subsubsection
1199 Proposed Solution
1200 \end_layout
1201
1202 \begin_layout Standard
1203 None.
1204  Introducing lower case variants would please pedants like myself, but if
1205  it were done the existing ones should be kept.
1206  There is little point forcing a purely cosmetic change upon tdb users.
1207 \end_layout
1208
1209 \begin_layout Subsection
1210 \begin_inset CommandInset label
1211 LatexCommand label
1212 name "tdb_log_func-Doesnt-Take"
1213
1214 \end_inset
1215
1216 tdb_log_func Doesn't Take The Private Pointer
1217 \end_layout
1218
1219 \begin_layout Standard
1220 For API compatibility reasons, the logging function needs to call tdb_get_loggin
1221 g_private() to retrieve the pointer registered by the tdb_open_ex for logging.
1222 \end_layout
1223
1224 \begin_layout Subsubsection
1225 Proposed Solution
1226 \end_layout
1227
1228 \begin_layout Standard
1229 It should simply take an extra argument, since we are prepared to break
1230  the API/ABI.
1231 \end_layout
1232
1233 \begin_layout Subsubsection
1234 Status
1235 \end_layout
1236
1237 \begin_layout Standard
1238 Complete.
1239 \end_layout
1240
1241 \begin_layout Subsection
1242 Various Callback Functions Are Not Typesafe
1243 \end_layout
1244
1245 \begin_layout Standard
1246 The callback functions in tdb_set_logging_function (after 
1247 \begin_inset CommandInset ref
1248 LatexCommand ref
1249 reference "tdb_log_func-Doesnt-Take"
1250
1251 \end_inset
1252
1253  is resolved), tdb_parse_record, tdb_traverse, tdb_traverse_read and tdb_check
1254  all take void * and must internally convert it to the argument type they
1255  were expecting.
1256 \end_layout
1257
1258 \begin_layout Standard
1259 If this type changes, the compiler will not produce warnings on the callers,
1260  since it only sees void *.
1261 \end_layout
1262
1263 \begin_layout Subsubsection
1264 Proposed Solution
1265 \end_layout
1266
1267 \begin_layout Standard
1268 With careful use of macros, we can create callback functions which give
1269  a warning when used on gcc and the types of the callback and its private
1270  argument differ.
1271  Unsupported compilers will not give a warning, which is no worse than now.
1272  In addition, the callbacks become clearer, as they need not use void *
1273  for their parameter.
1274 \end_layout
1275
1276 \begin_layout Standard
1277 See CCAN's typesafe_cb module at http://ccan.ozlabs.org/info/typesafe_cb.html
1278 \end_layout
1279
1280 \begin_layout Subsubsection
1281 Status
1282 \end_layout
1283
1284 \begin_layout Standard
1285 Incomplete.
1286 \end_layout
1287
1288 \begin_layout Subsection
1289 TDB_CLEAR_IF_FIRST Must Be Specified On All Opens, tdb_reopen_all Problematic
1290 \end_layout
1291
1292 \begin_layout Standard
1293 The TDB_CLEAR_IF_FIRST flag to tdb_open indicates that the TDB file should
1294  be cleared if the caller discovers it is the only process with the TDB
1295  open.
1296  However, if any caller does not specify TDB_CLEAR_IF_FIRST it will not
1297  be detected, so will have the TDB erased underneath them (usually resulting
1298  in a crash).
1299 \end_layout
1300
1301 \begin_layout Standard
1302 There is a similar issue on fork(); if the parent exits (or otherwise closes
1303  the tdb) before the child calls tdb_reopen_all() to establish the lock
1304  used to indicate the TDB is opened by someone, a TDB_CLEAR_IF_FIRST opener
1305  at that moment will believe it alone has opened the TDB and will erase
1306  it.
1307 \end_layout
1308
1309 \begin_layout Subsubsection
1310 Proposed Solution
1311 \end_layout
1312
1313 \begin_layout Standard
1314 Remove TDB_CLEAR_IF_FIRST.
1315  Other workarounds are possible, but see 
1316 \begin_inset CommandInset ref
1317 LatexCommand ref
1318 reference "TDB_CLEAR_IF_FIRST-Imposes-Performance"
1319
1320 \end_inset
1321
1322 .
1323 \end_layout
1324
1325 \begin_layout Subsubsection
1326 Status
1327 \end_layout
1328
1329 \begin_layout Standard
1330
1331 \change_deleted 0 1298979699
1332 Incomplete, TDB_CLEAR_IF_FIRST still defined, but not implemented.
1333 \change_inserted 0 1298979700
1334 Complete.
1335 \change_unchanged
1336
1337 \end_layout
1338
1339 \begin_layout Subsection
1340 Extending The Header Is Difficult
1341 \end_layout
1342
1343 \begin_layout Standard
1344 We have reserved (zeroed) words in the TDB header, which can be used for
1345  future features.
1346  If the future features are compulsory, the version number must be updated
1347  to prevent old code from accessing the database.
1348  But if the future feature is optional, we have no way of telling if older
1349  code is accessing the database or not.
1350 \end_layout
1351
1352 \begin_layout Subsubsection
1353 Proposed Solution
1354 \end_layout
1355
1356 \begin_layout Standard
1357 The header should contain a 
1358 \begin_inset Quotes eld
1359 \end_inset
1360
1361 format variant
1362 \begin_inset Quotes erd
1363 \end_inset
1364
1365  value (64-bit).
1366  This is divided into two 32-bit parts:
1367 \end_layout
1368
1369 \begin_layout Enumerate
1370 The lower part reflects the format variant understood by code accessing
1371  the database.
1372 \end_layout
1373
1374 \begin_layout Enumerate
1375 The upper part reflects the format variant you must understand to write
1376  to the database (otherwise you can only open for reading).
1377 \end_layout
1378
1379 \begin_layout Standard
1380 The latter field can only be written at creation time, the former should
1381  be written under the OPEN_LOCK when opening the database for writing, if
1382  the variant of the code is lower than the current lowest variant.
1383 \end_layout
1384
1385 \begin_layout Standard
1386 This should allow backwards-compatible features to be added, and detection
1387  if older code (which doesn't understand the feature) writes to the database.
1388 \end_layout
1389
1390 \begin_layout Subsubsection
1391 Status
1392 \end_layout
1393
1394 \begin_layout Standard
1395 Incomplete.
1396 \end_layout
1397
1398 \begin_layout Subsection
1399 Record Headers Are Not Expandible
1400 \end_layout
1401
1402 \begin_layout Standard
1403 If we later want to add (say) checksums on keys and data, it would require
1404  another format change, which we'd like to avoid.
1405 \end_layout
1406
1407 \begin_layout Subsubsection
1408 Proposed Solution
1409 \end_layout
1410
1411 \begin_layout Standard
1412 We often have extra padding at the tail of a record.
1413  If we ensure that the first byte (if any) of this padding is zero, we will
1414  have a way for future changes to detect code which doesn't understand a
1415  new format: the new code would write (say) a 1 at the tail, and thus if
1416  there is no tail or the first byte is 0, we would know the extension is
1417  not present on that record.
1418 \end_layout
1419
1420 \begin_layout Subsubsection
1421 Status
1422 \end_layout
1423
1424 \begin_layout Standard
1425 Incomplete.
1426 \end_layout
1427
1428 \begin_layout Subsection
1429 TDB Does Not Use Talloc
1430 \end_layout
1431
1432 \begin_layout Standard
1433 Many users of TDB (particularly Samba) use the talloc allocator, and thus
1434  have to wrap TDB in a talloc context to use it conveniently.
1435 \end_layout
1436
1437 \begin_layout Subsubsection
1438 Proposed Solution
1439 \end_layout
1440
1441 \begin_layout Standard
1442 The allocation within TDB is not complicated enough to justify the use of
1443  talloc, and I am reluctant to force another (excellent) library on TDB
1444  users.
1445  Nonetheless a compromise is possible.
1446  An attribute (see 
1447 \begin_inset CommandInset ref
1448 LatexCommand ref
1449 reference "attributes"
1450
1451 \end_inset
1452
1453 ) can be added later to tdb_open() to provide an alternate allocation mechanism,
1454  specifically for talloc but usable by any other allocator (which would
1455  ignore the 
1456 \begin_inset Quotes eld
1457 \end_inset
1458
1459 context
1460 \begin_inset Quotes erd
1461 \end_inset
1462
1463  argument).
1464 \end_layout
1465
1466 \begin_layout Standard
1467 This would form a talloc heirarchy as expected, but the caller would still
1468  have to attach a destructor to the tdb context returned from tdb_open to
1469  close it.
1470  All TDB_DATA fields would be children of the tdb_context, and the caller
1471  would still have to manage them (using talloc_free() or talloc_steal()).
1472 \end_layout
1473
1474 \begin_layout Subsubsection
1475 Status
1476 \end_layout
1477
1478 \begin_layout Standard
1479 Deferred.
1480 \end_layout
1481
1482 \begin_layout Section
1483 Performance And Scalability Issues
1484 \end_layout
1485
1486 \begin_layout Subsection
1487 \begin_inset CommandInset label
1488 LatexCommand label
1489 name "TDB_CLEAR_IF_FIRST-Imposes-Performance"
1490
1491 \end_inset
1492
1493 TDB_CLEAR_IF_FIRST Imposes Performance Penalty
1494 \end_layout
1495
1496 \begin_layout Standard
1497 When TDB_CLEAR_IF_FIRST is specified, a 1-byte read lock is placed at offset
1498  4 (aka.
1499  the ACTIVE_LOCK).
1500  While these locks never conflict in normal tdb usage, they do add substantial
1501  overhead for most fcntl lock implementations when the kernel scans to detect
1502  if a lock conflict exists.
1503  This is often a single linked list, making the time to acquire and release
1504  a fcntl lock O(N) where N is the number of processes with the TDB open,
1505  not the number actually doing work.
1506 \end_layout
1507
1508 \begin_layout Standard
1509 In a Samba server it is common to have huge numbers of clients sitting idle,
1510  and thus they have weaned themselves off the TDB_CLEAR_IF_FIRST flag.
1511 \begin_inset Foot
1512 status collapsed
1513
1514 \begin_layout Plain Layout
1515 There is a flag to tdb_reopen_all() which is used for this optimization:
1516  if the parent process will outlive the child, the child does not need the
1517  ACTIVE_LOCK.
1518  This is a workaround for this very performance issue.
1519 \end_layout
1520
1521 \end_inset
1522
1523
1524 \end_layout
1525
1526 \begin_layout Subsubsection
1527 Proposed Solution
1528 \end_layout
1529
1530 \begin_layout Standard
1531 Remove the flag.
1532  It was a neat idea, but even trivial servers tend to know when they are
1533  initializing for the first time and can simply unlink the old tdb at that
1534  point.
1535 \end_layout
1536
1537 \begin_layout Subsubsection
1538 Status
1539 \end_layout
1540
1541 \begin_layout Standard
1542
1543 \change_deleted 0 1298979837
1544 Incomplete; TDB_CLEAR_IF_FIRST still defined, but does nothing.
1545 \change_inserted 0 1298979837
1546 Complete.
1547 \change_unchanged
1548
1549 \end_layout
1550
1551 \begin_layout Subsection
1552 TDB Files Have a 4G Limit
1553 \end_layout
1554
1555 \begin_layout Standard
1556 This seems to be becoming an issue (so much for 
1557 \begin_inset Quotes eld
1558 \end_inset
1559
1560 trivial
1561 \begin_inset Quotes erd
1562 \end_inset
1563
1564 !), particularly for ldb.
1565 \end_layout
1566
1567 \begin_layout Subsubsection
1568 Proposed Solution
1569 \end_layout
1570
1571 \begin_layout Standard
1572 A new, incompatible TDB format which uses 64 bit offsets internally rather
1573  than 32 bit as now.
1574  For simplicity of endian conversion (which TDB does on the fly if required),
1575  all values will be 64 bit on disk.
1576  In practice, some upper bits may be used for other purposes, but at least
1577  56 bits will be available for file offsets.
1578 \end_layout
1579
1580 \begin_layout Standard
1581 tdb_open() will automatically detect the old version, and even create them
1582  if TDB_VERSION6 is specified to tdb_open.
1583 \end_layout
1584
1585 \begin_layout Standard
1586 32 bit processes will still be able to access TDBs larger than 4G (assuming
1587  that their off_t allows them to seek to 64 bits), they will gracefully
1588  fall back as they fail to mmap.
1589  This can happen already with large TDBs.
1590 \end_layout
1591
1592 \begin_layout Standard
1593 Old versions of tdb will fail to open the new TDB files (since 28 August
1594  2009, commit 398d0c29290: prior to that any unrecognized file format would
1595  be erased and initialized as a fresh tdb!)
1596 \end_layout
1597
1598 \begin_layout Subsubsection
1599 Status
1600 \end_layout
1601
1602 \begin_layout Standard
1603 Complete.
1604 \end_layout
1605
1606 \begin_layout Subsection
1607 TDB Records Have a 4G Limit
1608 \end_layout
1609
1610 \begin_layout Standard
1611 This has not been a reported problem, and the API uses size_t which can
1612  be 64 bit on 64 bit platforms.
1613  However, other limits may have made such an issue moot.
1614 \end_layout
1615
1616 \begin_layout Subsubsection
1617 Proposed Solution
1618 \end_layout
1619
1620 \begin_layout Standard
1621 Record sizes will be 64 bit, with an error returned on 32 bit platforms
1622  which try to access such records (the current implementation would return
1623  TDB_ERR_OOM in a similar case).
1624  It seems unlikely that 32 bit keys will be a limitation, so the implementation
1625  may not support this (see 
1626 \begin_inset CommandInset ref
1627 LatexCommand ref
1628 reference "sub:Records-Incur-A"
1629
1630 \end_inset
1631
1632 ).
1633 \end_layout
1634
1635 \begin_layout Subsubsection
1636 Status
1637 \end_layout
1638
1639 \begin_layout Standard
1640 Complete.
1641 \end_layout
1642
1643 \begin_layout Subsection
1644 Hash Size Is Determined At TDB Creation Time
1645 \end_layout
1646
1647 \begin_layout Standard
1648 TDB contains a number of hash chains in the header; the number is specified
1649  at creation time, and defaults to 131.
1650  This is such a bottleneck on large databases (as each hash chain gets quite
1651  long), that LDB uses 10,000 for this hash.
1652  In general it is impossible to know what the 'right' answer is at database
1653  creation time.
1654 \end_layout
1655
1656 \begin_layout Subsubsection
1657 \begin_inset CommandInset label
1658 LatexCommand label
1659 name "sub:Hash-Size-Solution"
1660
1661 \end_inset
1662
1663 Proposed Solution
1664 \end_layout
1665
1666 \begin_layout Standard
1667 After comprehensive performance testing on various scalable hash variants
1668 \begin_inset Foot
1669 status collapsed
1670
1671 \begin_layout Plain Layout
1672 http://rusty.ozlabs.org/?p=89 and http://rusty.ozlabs.org/?p=94 This was annoying
1673  because I was previously convinced that an expanding tree of hashes would
1674  be very close to optimal.
1675 \end_layout
1676
1677 \end_inset
1678
1679 , it became clear that it is hard to beat a straight linear hash table which
1680  doubles in size when it reaches saturation.
1681  Unfortunately, altering the hash table introduces serious locking complications
1682 : the entire hash table needs to be locked to enlarge the hash table, and
1683  others might be holding locks.
1684  Particularly insidious are insertions done under tdb_chainlock.
1685 \end_layout
1686
1687 \begin_layout Standard
1688 Thus an expanding layered hash will be used: an array of hash groups, with
1689  each hash group exploding into pointers to lower hash groups once it fills,
1690  turning into a hash tree.
1691  This has implications for locking: we must lock the entire group in case
1692  we need to expand it, yet we don't know how deep the tree is at that point.
1693 \end_layout
1694
1695 \begin_layout Standard
1696 Note that bits from the hash table entries should be stolen to hold more
1697  hash bits to reduce the penalty of collisions.
1698  We can use the otherwise-unused lower 3 bits.
1699  If we limit the size of the database to 64 exabytes, we can use the top
1700  8 bits of the hash entry as well.
1701  These 11 bits would reduce false positives down to 1 in 2000 which is more
1702  than we need: we can use one of the bits to indicate that the extra hash
1703  bits are valid.
1704  This means we can choose not to re-hash all entries when we expand a hash
1705  group; simply use the next bits we need and mark them invalid.
1706 \end_layout
1707
1708 \begin_layout Subsubsection
1709 Status
1710 \end_layout
1711
1712 \begin_layout Standard
1713 Complete.
1714 \end_layout
1715
1716 \begin_layout Subsection
1717 \begin_inset CommandInset label
1718 LatexCommand label
1719 name "TDB-Freelist-Is"
1720
1721 \end_inset
1722
1723 TDB Freelist Is Highly Contended
1724 \end_layout
1725
1726 \begin_layout Standard
1727 TDB uses a single linked list for the free list.
1728  Allocation occurs as follows, using heuristics which have evolved over
1729  time:
1730 \end_layout
1731
1732 \begin_layout Enumerate
1733 Get the free list lock for this whole operation.
1734 \end_layout
1735
1736 \begin_layout Enumerate
1737 Multiply length by 1.25, so we always over-allocate by 25%.
1738 \end_layout
1739
1740 \begin_layout Enumerate
1741 Set the slack multiplier to 1.
1742 \end_layout
1743
1744 \begin_layout Enumerate
1745 Examine the current freelist entry: if it is > length but < the current
1746  best case, remember it as the best case.
1747 \end_layout
1748
1749 \begin_layout Enumerate
1750 Multiply the slack multiplier by 1.05.
1751 \end_layout
1752
1753 \begin_layout Enumerate
1754 If our best fit so far is less than length * slack multiplier, return it.
1755  The slack will be turned into a new free record if it's large enough.
1756 \end_layout
1757
1758 \begin_layout Enumerate
1759 Otherwise, go onto the next freelist entry.
1760 \end_layout
1761
1762 \begin_layout Standard
1763 Deleting a record occurs as follows:
1764 \end_layout
1765
1766 \begin_layout Enumerate
1767 Lock the hash chain for this whole operation.
1768 \end_layout
1769
1770 \begin_layout Enumerate
1771 Walk the chain to find the record, keeping the prev pointer offset.
1772 \end_layout
1773
1774 \begin_layout Enumerate
1775 If max_dead is non-zero:
1776 \end_layout
1777
1778 \begin_deeper
1779 \begin_layout Enumerate
1780 Walk the hash chain again and count the dead records.
1781 \end_layout
1782
1783 \begin_layout Enumerate
1784 If it's more than max_dead, bulk free all the dead ones (similar to steps
1785  4 and below, but the lock is only obtained once).
1786 \end_layout
1787
1788 \begin_layout Enumerate
1789 Simply mark this record as dead and return.
1790  
1791 \end_layout
1792
1793 \end_deeper
1794 \begin_layout Enumerate
1795 Get the free list lock for the remainder of this operation.
1796 \end_layout
1797
1798 \begin_layout Enumerate
1799 \begin_inset CommandInset label
1800 LatexCommand label
1801 name "right-merging"
1802
1803 \end_inset
1804
1805 Examine the following block to see if it is free; if so, enlarge the current
1806  block and remove that block from the free list.
1807  This was disabled, as removal from the free list was O(entries-in-free-list).
1808 \end_layout
1809
1810 \begin_layout Enumerate
1811 Examine the preceeding block to see if it is free: for this reason, each
1812  block has a 32-bit tailer which indicates its length.
1813  If it is free, expand it to cover our new block and return.
1814 \end_layout
1815
1816 \begin_layout Enumerate
1817 Otherwise, prepend ourselves to the free list.
1818 \end_layout
1819
1820 \begin_layout Standard
1821 Disabling right-merging (step 
1822 \begin_inset CommandInset ref
1823 LatexCommand ref
1824 reference "right-merging"
1825
1826 \end_inset
1827
1828 ) causes fragmentation; the other heuristics proved insufficient to address
1829  this, so the final answer to this was that when we expand the TDB file
1830  inside a transaction commit, we repack the entire tdb.
1831 \end_layout
1832
1833 \begin_layout Standard
1834 The single list lock limits our allocation rate; due to the other issues
1835  this is not currently seen as a bottleneck.
1836 \end_layout
1837
1838 \begin_layout Subsubsection
1839 Proposed Solution
1840 \end_layout
1841
1842 \begin_layout Standard
1843 The first step is to remove all the current heuristics, as they obviously
1844  interact, then examine them once the lock contention is addressed.
1845 \end_layout
1846
1847 \begin_layout Standard
1848 The free list must be split to reduce contention.
1849  Assuming perfect free merging, we can at most have 1 free list entry for
1850  each entry.
1851  This implies that the number of free lists is related to the size of the
1852  hash table, but as it is rare to walk a large number of free list entries
1853  we can use far fewer, say 1/32 of the number of hash buckets.
1854 \end_layout
1855
1856 \begin_layout Standard
1857 It seems tempting to try to reuse the hash implementation which we use for
1858  records here, but we have two ways of searching for free entries: for allocatio
1859 n we search by size (and possibly zone) which produces too many clashes
1860  for our hash table to handle well, and for coalescing we search by address.
1861  Thus an array of doubly-linked free lists seems preferable.
1862 \end_layout
1863
1864 \begin_layout Standard
1865 There are various benefits in using per-size free lists (see 
1866 \begin_inset CommandInset ref
1867 LatexCommand ref
1868 reference "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1869
1870 \end_inset
1871
1872 ) but it's not clear this would reduce contention in the common case where
1873  all processes are allocating/freeing the same size.
1874  Thus we almost certainly need to divide in other ways: the most obvious
1875  is to divide the file into zones, and using a free list (or table of free
1876  lists) for each.
1877  This approximates address ordering.
1878 \end_layout
1879
1880 \begin_layout Standard
1881 Unfortunately it is difficult to know what heuristics should be used to
1882  determine zone sizes, and our transaction code relies on being able to
1883  create a 
1884 \begin_inset Quotes eld
1885 \end_inset
1886
1887 recovery area
1888 \begin_inset Quotes erd
1889 \end_inset
1890
1891  by simply appending to the file (difficult if it would need to create a
1892  new zone header).
1893  Thus we use a linked-list of free tables; currently we only ever create
1894  one, but if there is more than one we choose one at random to use.
1895  In future we may use heuristics to add new free tables on contention.
1896  We only expand the file when all free tables are exhausted.
1897 \end_layout
1898
1899 \begin_layout Standard
1900 The basic algorithm is as follows.
1901  Freeing is simple:
1902 \end_layout
1903
1904 \begin_layout Enumerate
1905 Identify the correct free list.
1906 \end_layout
1907
1908 \begin_layout Enumerate
1909 Lock the corresponding list.
1910 \end_layout
1911
1912 \begin_layout Enumerate
1913 Re-check the list (we didn't have a lock, sizes could have changed): relock
1914  if necessary.
1915 \end_layout
1916
1917 \begin_layout Enumerate
1918 Place the freed entry in the list.
1919 \end_layout
1920
1921 \begin_layout Standard
1922 Allocation is a little more complicated, as we perform delayed coalescing
1923  at this point:
1924 \end_layout
1925
1926 \begin_layout Enumerate
1927 Pick a free table; usually the previous one.
1928 \end_layout
1929
1930 \begin_layout Enumerate
1931 Lock the corresponding list.
1932 \end_layout
1933
1934 \begin_layout Enumerate
1935 If the top entry is -large enough, remove it from the list and return it.
1936 \end_layout
1937
1938 \begin_layout Enumerate
1939 Otherwise, coalesce entries in the list.If there was no entry large enough,
1940  unlock the list and try the next largest list
1941 \end_layout
1942
1943 \begin_layout Enumerate
1944 If no list has an entry which meets our needs, try the next free table.
1945 \end_layout
1946
1947 \begin_layout Enumerate
1948 If no zone satisfies, expand the file.
1949 \end_layout
1950
1951 \begin_layout Standard
1952 This optimizes rapid insert/delete of free list entries by not coalescing
1953  them all the time..
1954  First-fit address ordering ordering seems to be fairly good for keeping
1955  fragmentation low (see 
1956 \begin_inset CommandInset ref
1957 LatexCommand ref
1958 reference "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1959
1960 \end_inset
1961
1962 ).
1963  Note that address ordering does not need a tailer to coalesce, though if
1964  we needed one we could have one cheaply: see 
1965 \begin_inset CommandInset ref
1966 LatexCommand ref
1967 reference "sub:Records-Incur-A"
1968
1969 \end_inset
1970
1971 .
1972  
1973 \end_layout
1974
1975 \begin_layout Standard
1976 Each free entry has the free table number in the header: less than 255.
1977  It also contains a doubly-linked list for easy deletion.
1978 \end_layout
1979
1980 \begin_layout Subsection
1981 \begin_inset CommandInset label
1982 LatexCommand label
1983 name "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1984
1985 \end_inset
1986
1987 TDB Becomes Fragmented
1988 \end_layout
1989
1990 \begin_layout Standard
1991 Much of this is a result of allocation strategy
1992 \begin_inset Foot
1993 status collapsed
1994
1995 \begin_layout Plain Layout
1996 The Memory Fragmentation Problem: Solved? Johnstone & Wilson 1995 ftp://ftp.cs.ute
1997 xas.edu/pub/garbage/malloc/ismm98.ps
1998 \end_layout
1999
2000 \end_inset
2001
2002  and deliberate hobbling of coalescing; internal fragmentation (aka overallocati
2003 on) is deliberately set at 25%, and external fragmentation is only cured
2004  by the decision to repack the entire db when a transaction commit needs
2005  to enlarge the file.
2006 \end_layout
2007
2008 \begin_layout Subsubsection
2009 Proposed Solution
2010 \end_layout
2011
2012 \begin_layout Standard
2013 The 25% overhead on allocation works in practice for ldb because indexes
2014  tend to expand by one record at a time.
2015  This internal fragmentation can be resolved by having an 
2016 \begin_inset Quotes eld
2017 \end_inset
2018
2019 expanded
2020 \begin_inset Quotes erd
2021 \end_inset
2022
2023  bit in the header to note entries that have previously expanded, and allocating
2024  more space for them.
2025 \end_layout
2026
2027 \begin_layout Standard
2028 There are is a spectrum of possible solutions for external fragmentation:
2029  one is to use a fragmentation-avoiding allocation strategy such as best-fit
2030  address-order allocator.
2031  The other end of the spectrum would be to use a bump allocator (very fast
2032  and simple) and simply repack the file when we reach the end.
2033 \end_layout
2034
2035 \begin_layout Standard
2036 There are three problems with efficient fragmentation-avoiding allocators:
2037  they are non-trivial, they tend to use a single free list for each size,
2038  and there's no evidence that tdb allocation patterns will match those recorded
2039  for general allocators (though it seems likely).
2040 \end_layout
2041
2042 \begin_layout Standard
2043 Thus we don't spend too much effort on external fragmentation; we will be
2044  no worse than the current code if we need to repack on occasion.
2045  More effort is spent on reducing freelist contention, and reducing overhead.
2046 \end_layout
2047
2048 \begin_layout Subsection
2049 \begin_inset CommandInset label
2050 LatexCommand label
2051 name "sub:Records-Incur-A"
2052
2053 \end_inset
2054
2055 Records Incur A 28-Byte Overhead
2056 \end_layout
2057
2058 \begin_layout Standard
2059 Each TDB record has a header as follows:
2060 \end_layout
2061
2062 \begin_layout LyX-Code
2063 struct tdb_record {
2064 \end_layout
2065
2066 \begin_layout LyX-Code
2067         tdb_off_t next; /* offset of the next record in the list */
2068 \end_layout
2069
2070 \begin_layout LyX-Code
2071         tdb_len_t rec_len; /* total byte length of record */
2072 \end_layout
2073
2074 \begin_layout LyX-Code
2075         tdb_len_t key_len; /* byte length of key */
2076 \end_layout
2077
2078 \begin_layout LyX-Code
2079         tdb_len_t data_len; /* byte length of data */
2080 \end_layout
2081
2082 \begin_layout LyX-Code
2083         uint32_t full_hash; /* the full 32 bit hash of the key */
2084 \end_layout
2085
2086 \begin_layout LyX-Code
2087         uint32_t magic;   /* try to catch errors */
2088 \end_layout
2089
2090 \begin_layout LyX-Code
2091         /* the following union is implied:
2092 \end_layout
2093
2094 \begin_layout LyX-Code
2095                 union {
2096 \end_layout
2097
2098 \begin_layout LyX-Code
2099                         char record[rec_len];
2100 \end_layout
2101
2102 \begin_layout LyX-Code
2103                         struct {
2104 \end_layout
2105
2106 \begin_layout LyX-Code
2107                                 char key[key_len];
2108 \end_layout
2109
2110 \begin_layout LyX-Code
2111                                 char data[data_len];
2112 \end_layout
2113
2114 \begin_layout LyX-Code
2115                         }
2116 \end_layout
2117
2118 \begin_layout LyX-Code
2119                         uint32_t totalsize; (tailer)
2120 \end_layout
2121
2122 \begin_layout LyX-Code
2123                 }
2124 \end_layout
2125
2126 \begin_layout LyX-Code
2127         */
2128 \end_layout
2129
2130 \begin_layout LyX-Code
2131 };
2132 \end_layout
2133
2134 \begin_layout Standard
2135 Naively, this would double to a 56-byte overhead on a 64 bit implementation.
2136 \end_layout
2137
2138 \begin_layout Subsubsection
2139 Proposed Solution
2140 \end_layout
2141
2142 \begin_layout Standard
2143 We can use various techniques to reduce this for an allocated block:
2144 \end_layout
2145
2146 \begin_layout Enumerate
2147 The 'next' pointer is not required, as we are using a flat hash table.
2148 \end_layout
2149
2150 \begin_layout Enumerate
2151 'rec_len' can instead be expressed as an addition to key_len and data_len
2152  (it accounts for wasted or overallocated length in the record).
2153  Since the record length is always a multiple of 8, we can conveniently
2154  fit it in 32 bits (representing up to 35 bits).
2155 \end_layout
2156
2157 \begin_layout Enumerate
2158 'key_len' and 'data_len' can be reduced.
2159  I'm unwilling to restrict 'data_len' to 32 bits, but instead we can combine
2160  the two into one 64-bit field and using a 5 bit value which indicates at
2161  what bit to divide the two.
2162  Keys are unlikely to scale as fast as data, so I'm assuming a maximum key
2163  size of 32 bits.
2164 \end_layout
2165
2166 \begin_layout Enumerate
2167 'full_hash' is used to avoid a memcmp on the 
2168 \begin_inset Quotes eld
2169 \end_inset
2170
2171 miss
2172 \begin_inset Quotes erd
2173 \end_inset
2174
2175  case, but this is diminishing returns after a handful of bits (at 10 bits,
2176  it reduces 99.9% of false memcmp).
2177  As an aside, as the lower bits are already incorporated in the hash table
2178  resolution, the upper bits should be used here.
2179  Note that it's not clear that these bits will be a win, given the extra
2180  bits in the hash table itself (see 
2181 \begin_inset CommandInset ref
2182 LatexCommand ref
2183 reference "sub:Hash-Size-Solution"
2184
2185 \end_inset
2186
2187 ).
2188 \end_layout
2189
2190 \begin_layout Enumerate
2191 'magic' does not need to be enlarged: it currently reflects one of 5 values
2192  (used, free, dead, recovery, and unused_recovery).
2193  It is useful for quick sanity checking however, and should not be eliminated.
2194 \end_layout
2195
2196 \begin_layout Enumerate
2197 'tailer' is only used to coalesce free blocks (so a block to the right can
2198  find the header to check if this block is free).
2199  This can be replaced by a single 'free' bit in the header of the following
2200  block (and the tailer only exists in free blocks).
2201 \begin_inset Foot
2202 status collapsed
2203
2204 \begin_layout Plain Layout
2205 This technique from Thomas Standish.
2206  Data Structure Techniques.
2207  Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1980.
2208 \end_layout
2209
2210 \end_inset
2211
2212  The current proposed coalescing algorithm doesn't need this, however.
2213 \end_layout
2214
2215 \begin_layout Standard
2216 This produces a 16 byte used header like this:
2217 \end_layout
2218
2219 \begin_layout LyX-Code
2220 struct tdb_used_record {
2221 \end_layout
2222
2223 \begin_layout LyX-Code
2224         uint32_t used_magic : 16,
2225 \end_layout
2226
2227 \begin_layout LyX-Code
2228
2229 \end_layout
2230
2231 \begin_layout LyX-Code
2232                  key_data_divide: 5,
2233 \end_layout
2234
2235 \begin_layout LyX-Code
2236                  top_hash: 11;
2237 \end_layout
2238
2239 \begin_layout LyX-Code
2240         uint32_t extra_octets;
2241 \end_layout
2242
2243 \begin_layout LyX-Code
2244         uint64_t key_and_data_len;
2245 \end_layout
2246
2247 \begin_layout LyX-Code
2248 };
2249 \end_layout
2250
2251 \begin_layout Standard
2252 And a free record like this:
2253 \end_layout
2254
2255 \begin_layout LyX-Code
2256 struct tdb_free_record {
2257 \end_layout
2258
2259 \begin_layout LyX-Code
2260         uint64_t free_magic: 8,
2261 \end_layout
2262
2263 \begin_layout LyX-Code
2264                    prev : 56;
2265 \end_layout
2266
2267 \begin_layout LyX-Code
2268
2269 \end_layout
2270
2271 \begin_layout LyX-Code
2272         uint64_t free_table: 8,
2273 \end_layout
2274
2275 \begin_layout LyX-Code
2276                  total_length : 56
2277 \end_layout
2278
2279 \begin_layout LyX-Code
2280         uint64_t next;;
2281 \end_layout
2282
2283 \begin_layout LyX-Code
2284 };
2285 \end_layout
2286
2287 \begin_layout Standard
2288
2289 \change_deleted 0 1291206079
2290  
2291 \change_unchanged
2292 Note that by limiting valid offsets to 56 bits, we can pack everything we
2293  need into 3 64-byte words, meaning our minimum record size is 8 bytes.
2294 \end_layout
2295
2296 \begin_layout Subsubsection
2297 Status
2298 \end_layout
2299
2300 \begin_layout Standard
2301 Complete.
2302 \end_layout
2303
2304 \begin_layout Subsection
2305 Transaction Commit Requires 4 fdatasync
2306 \end_layout
2307
2308 \begin_layout Standard
2309 The current transaction algorithm is:
2310 \end_layout
2311
2312 \begin_layout Enumerate
2313 write_recovery_data();
2314 \end_layout
2315
2316 \begin_layout Enumerate
2317 sync();
2318 \end_layout
2319
2320 \begin_layout Enumerate
2321 write_recovery_header();
2322 \end_layout
2323
2324 \begin_layout Enumerate
2325 sync();
2326 \end_layout
2327
2328 \begin_layout Enumerate
2329 overwrite_with_new_data();
2330 \end_layout
2331
2332 \begin_layout Enumerate
2333 sync();
2334 \end_layout
2335
2336 \begin_layout Enumerate
2337 remove_recovery_header();
2338 \end_layout
2339
2340 \begin_layout Enumerate
2341 sync(); 
2342 \end_layout
2343
2344 \begin_layout Standard
2345 On current ext3, each sync flushes all data to disk, so the next 3 syncs
2346  are relatively expensive.
2347  But this could become a performance bottleneck on other filesystems such
2348  as ext4.
2349 \end_layout
2350
2351 \begin_layout Subsubsection
2352 Proposed Solution
2353 \end_layout
2354
2355 \begin_layout Standard
2356 Neil Brown points out that this is overzealous, and only one sync is needed:
2357 \end_layout
2358
2359 \begin_layout Enumerate
2360 Bundle the recovery data, a transaction counter and a strong checksum of
2361  the new data.
2362 \end_layout
2363
2364 \begin_layout Enumerate
2365 Strong checksum that whole bundle.
2366 \end_layout
2367
2368 \begin_layout Enumerate
2369 Store the bundle in the database.
2370 \end_layout
2371
2372 \begin_layout Enumerate
2373 Overwrite the oldest of the two recovery pointers in the header (identified
2374  using the transaction counter) with the offset of this bundle.
2375 \end_layout
2376
2377 \begin_layout Enumerate
2378 sync.
2379 \end_layout
2380
2381 \begin_layout Enumerate
2382 Write the new data to the file.
2383 \end_layout
2384
2385 \begin_layout Standard
2386 Checking for recovery means identifying the latest bundle with a valid checksum
2387  and using the new data checksum to ensure that it has been applied.
2388  This is more expensive than the current check, but need only be done at
2389  open.
2390  For running databases, a separate header field can be used to indicate
2391  a transaction in progress; we need only check for recovery if this is set.
2392 \end_layout
2393
2394 \begin_layout Subsubsection
2395 Status
2396 \end_layout
2397
2398 \begin_layout Standard
2399 Deferred.
2400 \end_layout
2401
2402 \begin_layout Subsection
2403 \begin_inset CommandInset label
2404 LatexCommand label
2405 name "sub:TDB-Does-Not"
2406
2407 \end_inset
2408
2409 TDB Does Not Have Snapshot Support
2410 \end_layout
2411
2412 \begin_layout Subsubsection
2413 Proposed SolutionNone.
2414  At some point you say 
2415 \begin_inset Quotes eld
2416 \end_inset
2417
2418 use a real database
2419 \begin_inset Quotes erd
2420 \end_inset
2421
2422  (but see 
2423 \begin_inset CommandInset ref
2424 LatexCommand ref
2425 reference "replay-attribute"
2426
2427 \end_inset
2428
2429 ).
2430 \end_layout
2431
2432 \begin_layout Standard
2433 But as a thought experiment, if we implemented transactions to only overwrite
2434  free entries (this is tricky: there must not be a header in each entry
2435  which indicates whether it is free, but use of presence in metadata elsewhere),
2436  and a pointer to the hash table, we could create an entirely new commit
2437  without destroying existing data.
2438  Then it would be easy to implement snapshots in a similar way.
2439 \end_layout
2440
2441 \begin_layout Standard
2442 This would not allow arbitrary changes to the database, such as tdb_repack
2443  does, and would require more space (since we have to preserve the current
2444  and future entries at once).
2445  If we used hash trees rather than one big hash table, we might only have
2446  to rewrite some sections of the hash, too.
2447 \end_layout
2448
2449 \begin_layout Standard
2450 We could then implement snapshots using a similar method, using multiple
2451  different hash tables/free tables.
2452 \end_layout
2453
2454 \begin_layout Subsubsection
2455 Status
2456 \end_layout
2457
2458 \begin_layout Standard
2459 Deferred.
2460 \end_layout
2461
2462 \begin_layout Subsection
2463 Transactions Cannot Operate in Parallel
2464 \end_layout
2465
2466 \begin_layout Standard
2467 This would be useless for ldb, as it hits the index records with just about
2468  every update.
2469  It would add significant complexity in resolving clashes, and cause the
2470  all transaction callers to write their code to loop in the case where the
2471  transactions spuriously failed.
2472 \end_layout
2473
2474 \begin_layout Subsubsection
2475 Proposed Solution
2476 \end_layout
2477
2478 \begin_layout Standard
2479 None (but see 
2480 \begin_inset CommandInset ref
2481 LatexCommand ref
2482 reference "replay-attribute"
2483
2484 \end_inset
2485
2486 ).
2487  We could solve a small part of the problem by providing read-only transactions.
2488  These would allow one write transaction to begin, but it could not commit
2489  until all r/o transactions are done.
2490  This would require a new RO_TRANSACTION_LOCK, which would be upgraded on
2491  commit.
2492 \end_layout
2493
2494 \begin_layout Subsubsection
2495 Status
2496 \end_layout
2497
2498 \begin_layout Standard
2499 Deferred.
2500 \end_layout
2501
2502 \begin_layout Subsection
2503 Default Hash Function Is Suboptimal
2504 \end_layout
2505
2506 \begin_layout Standard
2507 The Knuth-inspired multiplicative hash used by tdb is fairly slow (especially
2508  if we expand it to 64 bits), and works best when the hash bucket size is
2509  a prime number (which also means a slow modulus).
2510  In addition, it is highly predictable which could potentially lead to a
2511  Denial of Service attack in some TDB uses.
2512 \end_layout
2513
2514 \begin_layout Subsubsection
2515 Proposed Solution
2516 \end_layout
2517
2518 \begin_layout Standard
2519 The Jenkins lookup3 hash
2520 \begin_inset Foot
2521 status open
2522
2523 \begin_layout Plain Layout
2524 http://burtleburtle.net/bob/c/lookup3.c
2525 \end_layout
2526
2527 \end_inset
2528
2529  is a fast and superbly-mixing hash.
2530  It's used by the Linux kernel and almost everything else.
2531  This has the particular properties that it takes an initial seed, and produces
2532  two 32 bit hash numbers, which we can combine into a 64-bit hash.
2533 \end_layout
2534
2535 \begin_layout Standard
2536 The seed should be created at tdb-creation time from some random source,
2537  and placed in the header.
2538  This is far from foolproof, but adds a little bit of protection against
2539  hash bombing.
2540 \end_layout
2541
2542 \begin_layout Subsubsection
2543 Status
2544 \end_layout
2545
2546 \begin_layout Standard
2547 Complete.
2548 \end_layout
2549
2550 \begin_layout Subsection
2551 \begin_inset CommandInset label
2552 LatexCommand label
2553 name "Reliable-Traversal-Adds"
2554
2555 \end_inset
2556
2557 Reliable Traversal Adds Complexity
2558 \end_layout
2559
2560 \begin_layout Standard
2561 We lock a record during traversal iteration, and try to grab that lock in
2562  the delete code.
2563  If that grab on delete fails, we simply mark it deleted and continue onwards;
2564  traversal checks for this condition and does the delete when it moves off
2565  the record.
2566 \end_layout
2567
2568 \begin_layout Standard
2569 If traversal terminates, the dead record may be left indefinitely.
2570 \end_layout
2571
2572 \begin_layout Subsubsection
2573 Proposed Solution
2574 \end_layout
2575
2576 \begin_layout Standard
2577 Remove reliability guarantees; see 
2578 \begin_inset CommandInset ref
2579 LatexCommand ref
2580 reference "traverse-Proposed-Solution"
2581
2582 \end_inset
2583
2584 .
2585 \end_layout
2586
2587 \begin_layout Subsubsection
2588 Status
2589 \end_layout
2590
2591 \begin_layout Standard
2592 Complete.
2593 \end_layout
2594
2595 \begin_layout Subsection
2596 Fcntl Locking Adds Overhead
2597 \end_layout
2598
2599 \begin_layout Standard
2600 Placing a fcntl lock means a system call, as does removing one.
2601  This is actually one reason why transactions can be faster (everything
2602  is locked once at transaction start).
2603  In the uncontended case, this overhead can theoretically be eliminated.
2604 \end_layout
2605
2606 \begin_layout Subsubsection
2607 Proposed Solution
2608 \end_layout
2609
2610 \begin_layout Standard
2611 None.
2612 \end_layout
2613
2614 \begin_layout Standard
2615 We tried this before with spinlock support, in the early days of TDB, and
2616  it didn't make much difference except in manufactured benchmarks.
2617 \end_layout
2618
2619 \begin_layout Standard
2620 We could use spinlocks (with futex kernel support under Linux), but it means
2621  that we lose automatic cleanup when a process dies with a lock.
2622  There is a method of auto-cleanup under Linux, but it's not supported by
2623  other operating systems.
2624  We could reintroduce a clear-if-first-style lock and sweep for dead futexes
2625  on open, but that wouldn't help the normal case of one concurrent opener
2626  dying.
2627  Increasingly elaborate repair schemes could be considered, but they require
2628  an ABI change (everyone must use them) anyway, so there's no need to do
2629  this at the same time as everything else.
2630 \end_layout
2631
2632 \begin_layout Subsection
2633 Some Transactions Don't Require Durability
2634 \end_layout
2635
2636 \begin_layout Standard
2637 Volker points out that gencache uses a CLEAR_IF_FIRST tdb for normal (fast)
2638  usage, and occasionally empties the results into a transactional TDB.
2639  This kind of usage prioritizes performance over durability: as long as
2640  we are consistent, data can be lost.
2641 \end_layout
2642
2643 \begin_layout Standard
2644 This would be more neatly implemented inside tdb: a 
2645 \begin_inset Quotes eld
2646 \end_inset
2647
2648 soft
2649 \begin_inset Quotes erd
2650 \end_inset
2651
2652  transaction commit (ie.
2653  syncless) which meant that data may be reverted on a crash.
2654 \end_layout
2655
2656 \begin_layout Subsubsection
2657 Proposed Solution
2658 \end_layout
2659
2660 \begin_layout Standard
2661 None.
2662 \end_layout
2663
2664 \begin_layout Standard
2665 Unfortunately any transaction scheme which overwrites old data requires
2666  a sync before that overwrite to avoid the possibility of corruption.
2667 \end_layout
2668
2669 \begin_layout Standard
2670 It seems possible to use a scheme similar to that described in 
2671 \begin_inset CommandInset ref
2672 LatexCommand ref
2673 reference "sub:TDB-Does-Not"
2674
2675 \end_inset
2676
2677 ,where transactions are committed without overwriting existing data, and
2678  an array of top-level pointers were available in the header.
2679  If the transaction is 
2680 \begin_inset Quotes eld
2681 \end_inset
2682
2683 soft
2684 \begin_inset Quotes erd
2685 \end_inset
2686
2687  then we would not need a sync at all: existing processes would pick up
2688  the new hash table and free list and work with that.
2689 \end_layout
2690
2691 \begin_layout Standard
2692 At some later point, a sync would allow recovery of the old data into the
2693  free lists (perhaps when the array of top-level pointers filled).
2694  On crash, tdb_open() would examine the array of top levels, and apply the
2695  transactions until it encountered an invalid checksum.
2696 \end_layout
2697
2698 \begin_layout Subsection
2699 Tracing Is Fragile, Replay Is External
2700 \end_layout
2701
2702 \begin_layout Standard
2703 The current TDB has compile-time-enabled tracing code, but it often breaks
2704  as it is not enabled by default.
2705  In a similar way, the ctdb code has an external wrapper which does replay
2706  tracing so it can coordinate cluster-wide transactions.
2707 \end_layout
2708
2709 \begin_layout Subsubsection
2710 Proposed Solution
2711 \begin_inset CommandInset label
2712 LatexCommand label
2713 name "replay-attribute"
2714
2715 \end_inset
2716
2717
2718 \end_layout
2719
2720 \begin_layout Standard
2721 Tridge points out that an attribute can be later added to tdb_open (see
2722  
2723 \begin_inset CommandInset ref
2724 LatexCommand ref
2725 reference "attributes"
2726
2727 \end_inset
2728
2729 ) to provide replay/trace hooks, which could become the basis for this and
2730  future parallel transactions and snapshot support.
2731 \end_layout
2732
2733 \begin_layout Subsubsection
2734 Status
2735 \end_layout
2736
2737 \begin_layout Standard
2738 Deferred.
2739 \end_layout
2740
2741 \end_body
2742 \end_document