]> git.ozlabs.org Git - ccan/blob - ccan/tdb2/doc/design.lyx
tdb2: make tdb_check typesafe.
[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
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108 API Functions
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110
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114 \begin_inset Text
115
116 \begin_layout Plain Layout
117 Lines of C Code Implementation
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119
120 \end_inset
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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
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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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171 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
172 \begin_inset Text
173
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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
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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
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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
1286 \change_deleted 0 1300360712
1287 Incomplete.
1288 \change_inserted 0 1300360716
1289 Complete.
1290 \change_unchanged
1291
1292 \end_layout
1293
1294 \begin_layout Subsection
1295 TDB_CLEAR_IF_FIRST Must Be Specified On All Opens, tdb_reopen_all Problematic
1296 \end_layout
1297
1298 \begin_layout Standard
1299 The TDB_CLEAR_IF_FIRST flag to tdb_open indicates that the TDB file should
1300  be cleared if the caller discovers it is the only process with the TDB
1301  open.
1302  However, if any caller does not specify TDB_CLEAR_IF_FIRST it will not
1303  be detected, so will have the TDB erased underneath them (usually resulting
1304  in a crash).
1305 \end_layout
1306
1307 \begin_layout Standard
1308 There is a similar issue on fork(); if the parent exits (or otherwise closes
1309  the tdb) before the child calls tdb_reopen_all() to establish the lock
1310  used to indicate the TDB is opened by someone, a TDB_CLEAR_IF_FIRST opener
1311  at that moment will believe it alone has opened the TDB and will erase
1312  it.
1313 \end_layout
1314
1315 \begin_layout Subsubsection
1316 Proposed Solution
1317 \end_layout
1318
1319 \begin_layout Standard
1320 Remove TDB_CLEAR_IF_FIRST.
1321  Other workarounds are possible, but see 
1322 \begin_inset CommandInset ref
1323 LatexCommand ref
1324 reference "TDB_CLEAR_IF_FIRST-Imposes-Performance"
1325
1326 \end_inset
1327
1328 .
1329 \end_layout
1330
1331 \begin_layout Subsubsection
1332 Status
1333 \end_layout
1334
1335 \begin_layout Standard
1336
1337 \change_deleted 0 1298979699
1338 Incomplete, TDB_CLEAR_IF_FIRST still defined, but not implemented.
1339 \change_inserted 0 1298979700
1340 Complete.
1341 \change_unchanged
1342
1343 \end_layout
1344
1345 \begin_layout Subsection
1346 Extending The Header Is Difficult
1347 \end_layout
1348
1349 \begin_layout Standard
1350 We have reserved (zeroed) words in the TDB header, which can be used for
1351  future features.
1352  If the future features are compulsory, the version number must be updated
1353  to prevent old code from accessing the database.
1354  But if the future feature is optional, we have no way of telling if older
1355  code is accessing the database or not.
1356 \end_layout
1357
1358 \begin_layout Subsubsection
1359 Proposed Solution
1360 \end_layout
1361
1362 \begin_layout Standard
1363 The header should contain a 
1364 \begin_inset Quotes eld
1365 \end_inset
1366
1367 format variant
1368 \begin_inset Quotes erd
1369 \end_inset
1370
1371  value (64-bit).
1372  This is divided into two 32-bit parts:
1373 \end_layout
1374
1375 \begin_layout Enumerate
1376 The lower part reflects the format variant understood by code accessing
1377  the database.
1378 \end_layout
1379
1380 \begin_layout Enumerate
1381 The upper part reflects the format variant you must understand to write
1382  to the database (otherwise you can only open for reading).
1383 \end_layout
1384
1385 \begin_layout Standard
1386 The latter field can only be written at creation time, the former should
1387  be written under the OPEN_LOCK when opening the database for writing, if
1388  the variant of the code is lower than the current lowest variant.
1389 \end_layout
1390
1391 \begin_layout Standard
1392 This should allow backwards-compatible features to be added, and detection
1393  if older code (which doesn't understand the feature) writes to the database.
1394 \end_layout
1395
1396 \begin_layout Subsubsection
1397 Status
1398 \end_layout
1399
1400 \begin_layout Standard
1401 Incomplete.
1402 \end_layout
1403
1404 \begin_layout Subsection
1405 Record Headers Are Not Expandible
1406 \end_layout
1407
1408 \begin_layout Standard
1409 If we later want to add (say) checksums on keys and data, it would require
1410  another format change, which we'd like to avoid.
1411 \end_layout
1412
1413 \begin_layout Subsubsection
1414 Proposed Solution
1415 \end_layout
1416
1417 \begin_layout Standard
1418 We often have extra padding at the tail of a record.
1419  If we ensure that the first byte (if any) of this padding is zero, we will
1420  have a way for future changes to detect code which doesn't understand a
1421  new format: the new code would write (say) a 1 at the tail, and thus if
1422  there is no tail or the first byte is 0, we would know the extension is
1423  not present on that record.
1424 \end_layout
1425
1426 \begin_layout Subsubsection
1427 Status
1428 \end_layout
1429
1430 \begin_layout Standard
1431 Incomplete.
1432 \end_layout
1433
1434 \begin_layout Subsection
1435 TDB Does Not Use Talloc
1436 \end_layout
1437
1438 \begin_layout Standard
1439 Many users of TDB (particularly Samba) use the talloc allocator, and thus
1440  have to wrap TDB in a talloc context to use it conveniently.
1441 \end_layout
1442
1443 \begin_layout Subsubsection
1444 Proposed Solution
1445 \end_layout
1446
1447 \begin_layout Standard
1448 The allocation within TDB is not complicated enough to justify the use of
1449  talloc, and I am reluctant to force another (excellent) library on TDB
1450  users.
1451  Nonetheless a compromise is possible.
1452  An attribute (see 
1453 \begin_inset CommandInset ref
1454 LatexCommand ref
1455 reference "attributes"
1456
1457 \end_inset
1458
1459 ) can be added later to tdb_open() to provide an alternate allocation mechanism,
1460  specifically for talloc but usable by any other allocator (which would
1461  ignore the 
1462 \begin_inset Quotes eld
1463 \end_inset
1464
1465 context
1466 \begin_inset Quotes erd
1467 \end_inset
1468
1469  argument).
1470 \end_layout
1471
1472 \begin_layout Standard
1473 This would form a talloc heirarchy as expected, but the caller would still
1474  have to attach a destructor to the tdb context returned from tdb_open to
1475  close it.
1476  All TDB_DATA fields would be children of the tdb_context, and the caller
1477  would still have to manage them (using talloc_free() or talloc_steal()).
1478 \end_layout
1479
1480 \begin_layout Subsubsection
1481 Status
1482 \end_layout
1483
1484 \begin_layout Standard
1485 Deferred.
1486 \end_layout
1487
1488 \begin_layout Section
1489 Performance And Scalability Issues
1490 \end_layout
1491
1492 \begin_layout Subsection
1493 \begin_inset CommandInset label
1494 LatexCommand label
1495 name "TDB_CLEAR_IF_FIRST-Imposes-Performance"
1496
1497 \end_inset
1498
1499 TDB_CLEAR_IF_FIRST Imposes Performance Penalty
1500 \end_layout
1501
1502 \begin_layout Standard
1503 When TDB_CLEAR_IF_FIRST is specified, a 1-byte read lock is placed at offset
1504  4 (aka.
1505  the ACTIVE_LOCK).
1506  While these locks never conflict in normal tdb usage, they do add substantial
1507  overhead for most fcntl lock implementations when the kernel scans to detect
1508  if a lock conflict exists.
1509  This is often a single linked list, making the time to acquire and release
1510  a fcntl lock O(N) where N is the number of processes with the TDB open,
1511  not the number actually doing work.
1512 \end_layout
1513
1514 \begin_layout Standard
1515 In a Samba server it is common to have huge numbers of clients sitting idle,
1516  and thus they have weaned themselves off the TDB_CLEAR_IF_FIRST flag.
1517 \begin_inset Foot
1518 status collapsed
1519
1520 \begin_layout Plain Layout
1521 There is a flag to tdb_reopen_all() which is used for this optimization:
1522  if the parent process will outlive the child, the child does not need the
1523  ACTIVE_LOCK.
1524  This is a workaround for this very performance issue.
1525 \end_layout
1526
1527 \end_inset
1528
1529
1530 \end_layout
1531
1532 \begin_layout Subsubsection
1533 Proposed Solution
1534 \end_layout
1535
1536 \begin_layout Standard
1537 Remove the flag.
1538  It was a neat idea, but even trivial servers tend to know when they are
1539  initializing for the first time and can simply unlink the old tdb at that
1540  point.
1541 \end_layout
1542
1543 \begin_layout Subsubsection
1544 Status
1545 \end_layout
1546
1547 \begin_layout Standard
1548
1549 \change_deleted 0 1298979837
1550 Incomplete; TDB_CLEAR_IF_FIRST still defined, but does nothing.
1551 \change_inserted 0 1298979837
1552 Complete.
1553 \change_unchanged
1554
1555 \end_layout
1556
1557 \begin_layout Subsection
1558 TDB Files Have a 4G Limit
1559 \end_layout
1560
1561 \begin_layout Standard
1562 This seems to be becoming an issue (so much for 
1563 \begin_inset Quotes eld
1564 \end_inset
1565
1566 trivial
1567 \begin_inset Quotes erd
1568 \end_inset
1569
1570 !), particularly for ldb.
1571 \end_layout
1572
1573 \begin_layout Subsubsection
1574 Proposed Solution
1575 \end_layout
1576
1577 \begin_layout Standard
1578 A new, incompatible TDB format which uses 64 bit offsets internally rather
1579  than 32 bit as now.
1580  For simplicity of endian conversion (which TDB does on the fly if required),
1581  all values will be 64 bit on disk.
1582  In practice, some upper bits may be used for other purposes, but at least
1583  56 bits will be available for file offsets.
1584 \end_layout
1585
1586 \begin_layout Standard
1587 tdb_open() will automatically detect the old version, and even create them
1588  if TDB_VERSION6 is specified to tdb_open.
1589 \end_layout
1590
1591 \begin_layout Standard
1592 32 bit processes will still be able to access TDBs larger than 4G (assuming
1593  that their off_t allows them to seek to 64 bits), they will gracefully
1594  fall back as they fail to mmap.
1595  This can happen already with large TDBs.
1596 \end_layout
1597
1598 \begin_layout Standard
1599 Old versions of tdb will fail to open the new TDB files (since 28 August
1600  2009, commit 398d0c29290: prior to that any unrecognized file format would
1601  be erased and initialized as a fresh tdb!)
1602 \end_layout
1603
1604 \begin_layout Subsubsection
1605 Status
1606 \end_layout
1607
1608 \begin_layout Standard
1609 Complete.
1610 \end_layout
1611
1612 \begin_layout Subsection
1613 TDB Records Have a 4G Limit
1614 \end_layout
1615
1616 \begin_layout Standard
1617 This has not been a reported problem, and the API uses size_t which can
1618  be 64 bit on 64 bit platforms.
1619  However, other limits may have made such an issue moot.
1620 \end_layout
1621
1622 \begin_layout Subsubsection
1623 Proposed Solution
1624 \end_layout
1625
1626 \begin_layout Standard
1627 Record sizes will be 64 bit, with an error returned on 32 bit platforms
1628  which try to access such records (the current implementation would return
1629  TDB_ERR_OOM in a similar case).
1630  It seems unlikely that 32 bit keys will be a limitation, so the implementation
1631  may not support this (see 
1632 \begin_inset CommandInset ref
1633 LatexCommand ref
1634 reference "sub:Records-Incur-A"
1635
1636 \end_inset
1637
1638 ).
1639 \end_layout
1640
1641 \begin_layout Subsubsection
1642 Status
1643 \end_layout
1644
1645 \begin_layout Standard
1646 Complete.
1647 \end_layout
1648
1649 \begin_layout Subsection
1650 Hash Size Is Determined At TDB Creation Time
1651 \end_layout
1652
1653 \begin_layout Standard
1654 TDB contains a number of hash chains in the header; the number is specified
1655  at creation time, and defaults to 131.
1656  This is such a bottleneck on large databases (as each hash chain gets quite
1657  long), that LDB uses 10,000 for this hash.
1658  In general it is impossible to know what the 'right' answer is at database
1659  creation time.
1660 \end_layout
1661
1662 \begin_layout Subsubsection
1663 \begin_inset CommandInset label
1664 LatexCommand label
1665 name "sub:Hash-Size-Solution"
1666
1667 \end_inset
1668
1669 Proposed Solution
1670 \end_layout
1671
1672 \begin_layout Standard
1673 After comprehensive performance testing on various scalable hash variants
1674 \begin_inset Foot
1675 status collapsed
1676
1677 \begin_layout Plain Layout
1678 http://rusty.ozlabs.org/?p=89 and http://rusty.ozlabs.org/?p=94 This was annoying
1679  because I was previously convinced that an expanding tree of hashes would
1680  be very close to optimal.
1681 \end_layout
1682
1683 \end_inset
1684
1685 , it became clear that it is hard to beat a straight linear hash table which
1686  doubles in size when it reaches saturation.
1687  Unfortunately, altering the hash table introduces serious locking complications
1688 : the entire hash table needs to be locked to enlarge the hash table, and
1689  others might be holding locks.
1690  Particularly insidious are insertions done under tdb_chainlock.
1691 \end_layout
1692
1693 \begin_layout Standard
1694 Thus an expanding layered hash will be used: an array of hash groups, with
1695  each hash group exploding into pointers to lower hash groups once it fills,
1696  turning into a hash tree.
1697  This has implications for locking: we must lock the entire group in case
1698  we need to expand it, yet we don't know how deep the tree is at that point.
1699 \end_layout
1700
1701 \begin_layout Standard
1702 Note that bits from the hash table entries should be stolen to hold more
1703  hash bits to reduce the penalty of collisions.
1704  We can use the otherwise-unused lower 3 bits.
1705  If we limit the size of the database to 64 exabytes, we can use the top
1706  8 bits of the hash entry as well.
1707  These 11 bits would reduce false positives down to 1 in 2000 which is more
1708  than we need: we can use one of the bits to indicate that the extra hash
1709  bits are valid.
1710  This means we can choose not to re-hash all entries when we expand a hash
1711  group; simply use the next bits we need and mark them invalid.
1712 \end_layout
1713
1714 \begin_layout Subsubsection
1715 Status
1716 \end_layout
1717
1718 \begin_layout Standard
1719 Complete.
1720 \end_layout
1721
1722 \begin_layout Subsection
1723 \begin_inset CommandInset label
1724 LatexCommand label
1725 name "TDB-Freelist-Is"
1726
1727 \end_inset
1728
1729 TDB Freelist Is Highly Contended
1730 \end_layout
1731
1732 \begin_layout Standard
1733 TDB uses a single linked list for the free list.
1734  Allocation occurs as follows, using heuristics which have evolved over
1735  time:
1736 \end_layout
1737
1738 \begin_layout Enumerate
1739 Get the free list lock for this whole operation.
1740 \end_layout
1741
1742 \begin_layout Enumerate
1743 Multiply length by 1.25, so we always over-allocate by 25%.
1744 \end_layout
1745
1746 \begin_layout Enumerate
1747 Set the slack multiplier to 1.
1748 \end_layout
1749
1750 \begin_layout Enumerate
1751 Examine the current freelist entry: if it is > length but < the current
1752  best case, remember it as the best case.
1753 \end_layout
1754
1755 \begin_layout Enumerate
1756 Multiply the slack multiplier by 1.05.
1757 \end_layout
1758
1759 \begin_layout Enumerate
1760 If our best fit so far is less than length * slack multiplier, return it.
1761  The slack will be turned into a new free record if it's large enough.
1762 \end_layout
1763
1764 \begin_layout Enumerate
1765 Otherwise, go onto the next freelist entry.
1766 \end_layout
1767
1768 \begin_layout Standard
1769 Deleting a record occurs as follows:
1770 \end_layout
1771
1772 \begin_layout Enumerate
1773 Lock the hash chain for this whole operation.
1774 \end_layout
1775
1776 \begin_layout Enumerate
1777 Walk the chain to find the record, keeping the prev pointer offset.
1778 \end_layout
1779
1780 \begin_layout Enumerate
1781 If max_dead is non-zero:
1782 \end_layout
1783
1784 \begin_deeper
1785 \begin_layout Enumerate
1786 Walk the hash chain again and count the dead records.
1787 \end_layout
1788
1789 \begin_layout Enumerate
1790 If it's more than max_dead, bulk free all the dead ones (similar to steps
1791  4 and below, but the lock is only obtained once).
1792 \end_layout
1793
1794 \begin_layout Enumerate
1795 Simply mark this record as dead and return.
1796  
1797 \end_layout
1798
1799 \end_deeper
1800 \begin_layout Enumerate
1801 Get the free list lock for the remainder of this operation.
1802 \end_layout
1803
1804 \begin_layout Enumerate
1805 \begin_inset CommandInset label
1806 LatexCommand label
1807 name "right-merging"
1808
1809 \end_inset
1810
1811 Examine the following block to see if it is free; if so, enlarge the current
1812  block and remove that block from the free list.
1813  This was disabled, as removal from the free list was O(entries-in-free-list).
1814 \end_layout
1815
1816 \begin_layout Enumerate
1817 Examine the preceeding block to see if it is free: for this reason, each
1818  block has a 32-bit tailer which indicates its length.
1819  If it is free, expand it to cover our new block and return.
1820 \end_layout
1821
1822 \begin_layout Enumerate
1823 Otherwise, prepend ourselves to the free list.
1824 \end_layout
1825
1826 \begin_layout Standard
1827 Disabling right-merging (step 
1828 \begin_inset CommandInset ref
1829 LatexCommand ref
1830 reference "right-merging"
1831
1832 \end_inset
1833
1834 ) causes fragmentation; the other heuristics proved insufficient to address
1835  this, so the final answer to this was that when we expand the TDB file
1836  inside a transaction commit, we repack the entire tdb.
1837 \end_layout
1838
1839 \begin_layout Standard
1840 The single list lock limits our allocation rate; due to the other issues
1841  this is not currently seen as a bottleneck.
1842 \end_layout
1843
1844 \begin_layout Subsubsection
1845 Proposed Solution
1846 \end_layout
1847
1848 \begin_layout Standard
1849 The first step is to remove all the current heuristics, as they obviously
1850  interact, then examine them once the lock contention is addressed.
1851 \end_layout
1852
1853 \begin_layout Standard
1854 The free list must be split to reduce contention.
1855  Assuming perfect free merging, we can at most have 1 free list entry for
1856  each entry.
1857  This implies that the number of free lists is related to the size of the
1858  hash table, but as it is rare to walk a large number of free list entries
1859  we can use far fewer, say 1/32 of the number of hash buckets.
1860 \end_layout
1861
1862 \begin_layout Standard
1863 It seems tempting to try to reuse the hash implementation which we use for
1864  records here, but we have two ways of searching for free entries: for allocatio
1865 n we search by size (and possibly zone) which produces too many clashes
1866  for our hash table to handle well, and for coalescing we search by address.
1867  Thus an array of doubly-linked free lists seems preferable.
1868 \end_layout
1869
1870 \begin_layout Standard
1871 There are various benefits in using per-size free lists (see 
1872 \begin_inset CommandInset ref
1873 LatexCommand ref
1874 reference "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1875
1876 \end_inset
1877
1878 ) but it's not clear this would reduce contention in the common case where
1879  all processes are allocating/freeing the same size.
1880  Thus we almost certainly need to divide in other ways: the most obvious
1881  is to divide the file into zones, and using a free list (or table of free
1882  lists) for each.
1883  This approximates address ordering.
1884 \end_layout
1885
1886 \begin_layout Standard
1887 Unfortunately it is difficult to know what heuristics should be used to
1888  determine zone sizes, and our transaction code relies on being able to
1889  create a 
1890 \begin_inset Quotes eld
1891 \end_inset
1892
1893 recovery area
1894 \begin_inset Quotes erd
1895 \end_inset
1896
1897  by simply appending to the file (difficult if it would need to create a
1898  new zone header).
1899  Thus we use a linked-list of free tables; currently we only ever create
1900  one, but if there is more than one we choose one at random to use.
1901  In future we may use heuristics to add new free tables on contention.
1902  We only expand the file when all free tables are exhausted.
1903 \end_layout
1904
1905 \begin_layout Standard
1906 The basic algorithm is as follows.
1907  Freeing is simple:
1908 \end_layout
1909
1910 \begin_layout Enumerate
1911 Identify the correct free list.
1912 \end_layout
1913
1914 \begin_layout Enumerate
1915 Lock the corresponding list.
1916 \end_layout
1917
1918 \begin_layout Enumerate
1919 Re-check the list (we didn't have a lock, sizes could have changed): relock
1920  if necessary.
1921 \end_layout
1922
1923 \begin_layout Enumerate
1924 Place the freed entry in the list.
1925 \end_layout
1926
1927 \begin_layout Standard
1928 Allocation is a little more complicated, as we perform delayed coalescing
1929  at this point:
1930 \end_layout
1931
1932 \begin_layout Enumerate
1933 Pick a free table; usually the previous one.
1934 \end_layout
1935
1936 \begin_layout Enumerate
1937 Lock the corresponding list.
1938 \end_layout
1939
1940 \begin_layout Enumerate
1941 If the top entry is -large enough, remove it from the list and return it.
1942 \end_layout
1943
1944 \begin_layout Enumerate
1945 Otherwise, coalesce entries in the list.If there was no entry large enough,
1946  unlock the list and try the next largest list
1947 \end_layout
1948
1949 \begin_layout Enumerate
1950 If no list has an entry which meets our needs, try the next free table.
1951 \end_layout
1952
1953 \begin_layout Enumerate
1954 If no zone satisfies, expand the file.
1955 \end_layout
1956
1957 \begin_layout Standard
1958 This optimizes rapid insert/delete of free list entries by not coalescing
1959  them all the time..
1960  First-fit address ordering ordering seems to be fairly good for keeping
1961  fragmentation low (see 
1962 \begin_inset CommandInset ref
1963 LatexCommand ref
1964 reference "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1965
1966 \end_inset
1967
1968 ).
1969  Note that address ordering does not need a tailer to coalesce, though if
1970  we needed one we could have one cheaply: see 
1971 \begin_inset CommandInset ref
1972 LatexCommand ref
1973 reference "sub:Records-Incur-A"
1974
1975 \end_inset
1976
1977 .
1978  
1979 \end_layout
1980
1981 \begin_layout Standard
1982 Each free entry has the free table number in the header: less than 255.
1983  It also contains a doubly-linked list for easy deletion.
1984 \end_layout
1985
1986 \begin_layout Subsection
1987 \begin_inset CommandInset label
1988 LatexCommand label
1989 name "sub:TDB-Becomes-Fragmented"
1990
1991 \end_inset
1992
1993 TDB Becomes Fragmented
1994 \end_layout
1995
1996 \begin_layout Standard
1997 Much of this is a result of allocation strategy
1998 \begin_inset Foot
1999 status collapsed
2000
2001 \begin_layout Plain Layout
2002 The Memory Fragmentation Problem: Solved? Johnstone & Wilson 1995 ftp://ftp.cs.ute
2003 xas.edu/pub/garbage/malloc/ismm98.ps
2004 \end_layout
2005
2006 \end_inset
2007
2008  and deliberate hobbling of coalescing; internal fragmentation (aka overallocati
2009 on) is deliberately set at 25%, and external fragmentation is only cured
2010  by the decision to repack the entire db when a transaction commit needs
2011  to enlarge the file.
2012 \end_layout
2013
2014 \begin_layout Subsubsection
2015 Proposed Solution
2016 \end_layout
2017
2018 \begin_layout Standard
2019 The 25% overhead on allocation works in practice for ldb because indexes
2020  tend to expand by one record at a time.
2021  This internal fragmentation can be resolved by having an 
2022 \begin_inset Quotes eld
2023 \end_inset
2024
2025 expanded
2026 \begin_inset Quotes erd
2027 \end_inset
2028
2029  bit in the header to note entries that have previously expanded, and allocating
2030  more space for them.
2031 \end_layout
2032
2033 \begin_layout Standard
2034 There are is a spectrum of possible solutions for external fragmentation:
2035  one is to use a fragmentation-avoiding allocation strategy such as best-fit
2036  address-order allocator.
2037  The other end of the spectrum would be to use a bump allocator (very fast
2038  and simple) and simply repack the file when we reach the end.
2039 \end_layout
2040
2041 \begin_layout Standard
2042 There are three problems with efficient fragmentation-avoiding allocators:
2043  they are non-trivial, they tend to use a single free list for each size,
2044  and there's no evidence that tdb allocation patterns will match those recorded
2045  for general allocators (though it seems likely).
2046 \end_layout
2047
2048 \begin_layout Standard
2049 Thus we don't spend too much effort on external fragmentation; we will be
2050  no worse than the current code if we need to repack on occasion.
2051  More effort is spent on reducing freelist contention, and reducing overhead.
2052 \end_layout
2053
2054 \begin_layout Subsection
2055 \begin_inset CommandInset label
2056 LatexCommand label
2057 name "sub:Records-Incur-A"
2058
2059 \end_inset
2060
2061 Records Incur A 28-Byte Overhead
2062 \end_layout
2063
2064 \begin_layout Standard
2065 Each TDB record has a header as follows:
2066 \end_layout
2067
2068 \begin_layout LyX-Code
2069 struct tdb_record {
2070 \end_layout
2071
2072 \begin_layout LyX-Code
2073         tdb_off_t next; /* offset of the next record in the list */
2074 \end_layout
2075
2076 \begin_layout LyX-Code
2077         tdb_len_t rec_len; /* total byte length of record */
2078 \end_layout
2079
2080 \begin_layout LyX-Code
2081         tdb_len_t key_len; /* byte length of key */
2082 \end_layout
2083
2084 \begin_layout LyX-Code
2085         tdb_len_t data_len; /* byte length of data */
2086 \end_layout
2087
2088 \begin_layout LyX-Code
2089         uint32_t full_hash; /* the full 32 bit hash of the key */
2090 \end_layout
2091
2092 \begin_layout LyX-Code
2093         uint32_t magic;   /* try to catch errors */
2094 \end_layout
2095
2096 \begin_layout LyX-Code
2097         /* the following union is implied:
2098 \end_layout
2099
2100 \begin_layout LyX-Code
2101                 union {
2102 \end_layout
2103
2104 \begin_layout LyX-Code
2105                         char record[rec_len];
2106 \end_layout
2107
2108 \begin_layout LyX-Code
2109                         struct {
2110 \end_layout
2111
2112 \begin_layout LyX-Code
2113                                 char key[key_len];
2114 \end_layout
2115
2116 \begin_layout LyX-Code
2117                                 char data[data_len];
2118 \end_layout
2119
2120 \begin_layout LyX-Code
2121                         }
2122 \end_layout
2123
2124 \begin_layout LyX-Code
2125                         uint32_t totalsize; (tailer)
2126 \end_layout
2127
2128 \begin_layout LyX-Code
2129                 }
2130 \end_layout
2131
2132 \begin_layout LyX-Code
2133         */
2134 \end_layout
2135
2136 \begin_layout LyX-Code
2137 };
2138 \end_layout
2139
2140 \begin_layout Standard
2141 Naively, this would double to a 56-byte overhead on a 64 bit implementation.
2142 \end_layout
2143
2144 \begin_layout Subsubsection
2145 Proposed Solution
2146 \end_layout
2147
2148 \begin_layout Standard
2149 We can use various techniques to reduce this for an allocated block:
2150 \end_layout
2151
2152 \begin_layout Enumerate
2153 The 'next' pointer is not required, as we are using a flat hash table.
2154 \end_layout
2155
2156 \begin_layout Enumerate
2157 'rec_len' can instead be expressed as an addition to key_len and data_len
2158  (it accounts for wasted or overallocated length in the record).
2159  Since the record length is always a multiple of 8, we can conveniently
2160  fit it in 32 bits (representing up to 35 bits).
2161 \end_layout
2162
2163 \begin_layout Enumerate
2164 'key_len' and 'data_len' can be reduced.
2165  I'm unwilling to restrict 'data_len' to 32 bits, but instead we can combine
2166  the two into one 64-bit field and using a 5 bit value which indicates at
2167  what bit to divide the two.
2168  Keys are unlikely to scale as fast as data, so I'm assuming a maximum key
2169  size of 32 bits.
2170 \end_layout
2171
2172 \begin_layout Enumerate
2173 'full_hash' is used to avoid a memcmp on the 
2174 \begin_inset Quotes eld
2175 \end_inset
2176
2177 miss
2178 \begin_inset Quotes erd
2179 \end_inset
2180
2181  case, but this is diminishing returns after a handful of bits (at 10 bits,
2182  it reduces 99.9% of false memcmp).
2183  As an aside, as the lower bits are already incorporated in the hash table
2184  resolution, the upper bits should be used here.
2185  Note that it's not clear that these bits will be a win, given the extra
2186  bits in the hash table itself (see 
2187 \begin_inset CommandInset ref
2188 LatexCommand ref
2189 reference "sub:Hash-Size-Solution"
2190
2191 \end_inset
2192
2193 ).
2194 \end_layout
2195
2196 \begin_layout Enumerate
2197 'magic' does not need to be enlarged: it currently reflects one of 5 values
2198  (used, free, dead, recovery, and unused_recovery).
2199  It is useful for quick sanity checking however, and should not be eliminated.
2200 \end_layout
2201
2202 \begin_layout Enumerate
2203 'tailer' is only used to coalesce free blocks (so a block to the right can
2204  find the header to check if this block is free).
2205  This can be replaced by a single 'free' bit in the header of the following
2206  block (and the tailer only exists in free blocks).
2207 \begin_inset Foot
2208 status collapsed
2209
2210 \begin_layout Plain Layout
2211 This technique from Thomas Standish.
2212  Data Structure Techniques.
2213  Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1980.
2214 \end_layout
2215
2216 \end_inset
2217
2218  The current proposed coalescing algorithm doesn't need this, however.
2219 \end_layout
2220
2221 \begin_layout Standard
2222 This produces a 16 byte used header like this:
2223 \end_layout
2224
2225 \begin_layout LyX-Code
2226 struct tdb_used_record {
2227 \end_layout
2228
2229 \begin_layout LyX-Code
2230         uint32_t used_magic : 16,
2231 \end_layout
2232
2233 \begin_layout LyX-Code
2234
2235 \end_layout
2236
2237 \begin_layout LyX-Code
2238                  key_data_divide: 5,
2239 \end_layout
2240
2241 \begin_layout LyX-Code
2242                  top_hash: 11;
2243 \end_layout
2244
2245 \begin_layout LyX-Code
2246         uint32_t extra_octets;
2247 \end_layout
2248
2249 \begin_layout LyX-Code
2250         uint64_t key_and_data_len;
2251 \end_layout
2252
2253 \begin_layout LyX-Code
2254 };
2255 \end_layout
2256
2257 \begin_layout Standard
2258 And a free record like this:
2259 \end_layout
2260
2261 \begin_layout LyX-Code
2262 struct tdb_free_record {
2263 \end_layout
2264
2265 \begin_layout LyX-Code
2266         uint64_t free_magic: 8,
2267 \end_layout
2268
2269 \begin_layout LyX-Code
2270                    prev : 56;
2271 \end_layout
2272
2273 \begin_layout LyX-Code
2274
2275 \end_layout
2276
2277 \begin_layout LyX-Code
2278         uint64_t free_table: 8,
2279 \end_layout
2280
2281 \begin_layout LyX-Code
2282                  total_length : 56
2283 \end_layout
2284
2285 \begin_layout LyX-Code
2286         uint64_t next;;
2287 \end_layout
2288
2289 \begin_layout LyX-Code
2290 };
2291 \end_layout
2292
2293 \begin_layout Standard
2294
2295 \change_deleted 0 1291206079
2296  
2297 \change_unchanged
2298 Note that by limiting valid offsets to 56 bits, we can pack everything we
2299  need into 3 64-byte words, meaning our minimum record size is 8 bytes.
2300 \end_layout
2301
2302 \begin_layout Subsubsection
2303 Status
2304 \end_layout
2305
2306 \begin_layout Standard
2307 Complete.
2308 \end_layout
2309
2310 \begin_layout Subsection
2311 Transaction Commit Requires 4 fdatasync
2312 \end_layout
2313
2314 \begin_layout Standard
2315 The current transaction algorithm is:
2316 \end_layout
2317
2318 \begin_layout Enumerate
2319 write_recovery_data();
2320 \end_layout
2321
2322 \begin_layout Enumerate
2323 sync();
2324 \end_layout
2325
2326 \begin_layout Enumerate
2327 write_recovery_header();
2328 \end_layout
2329
2330 \begin_layout Enumerate
2331 sync();
2332 \end_layout
2333
2334 \begin_layout Enumerate
2335 overwrite_with_new_data();
2336 \end_layout
2337
2338 \begin_layout Enumerate
2339 sync();
2340 \end_layout
2341
2342 \begin_layout Enumerate
2343 remove_recovery_header();
2344 \end_layout
2345
2346 \begin_layout Enumerate
2347 sync(); 
2348 \end_layout
2349
2350 \begin_layout Standard
2351 On current ext3, each sync flushes all data to disk, so the next 3 syncs
2352  are relatively expensive.
2353  But this could become a performance bottleneck on other filesystems such
2354  as ext4.
2355 \end_layout
2356
2357 \begin_layout Subsubsection
2358 Proposed Solution
2359 \end_layout
2360
2361 \begin_layout Standard
2362 Neil Brown points out that this is overzealous, and only one sync is needed:
2363 \end_layout
2364
2365 \begin_layout Enumerate
2366 Bundle the recovery data, a transaction counter and a strong checksum of
2367  the new data.
2368 \end_layout
2369
2370 \begin_layout Enumerate
2371 Strong checksum that whole bundle.
2372 \end_layout
2373
2374 \begin_layout Enumerate
2375 Store the bundle in the database.
2376 \end_layout
2377
2378 \begin_layout Enumerate
2379 Overwrite the oldest of the two recovery pointers in the header (identified
2380  using the transaction counter) with the offset of this bundle.
2381 \end_layout
2382
2383 \begin_layout Enumerate
2384 sync.
2385 \end_layout
2386
2387 \begin_layout Enumerate
2388 Write the new data to the file.
2389 \end_layout
2390
2391 \begin_layout Standard
2392 Checking for recovery means identifying the latest bundle with a valid checksum
2393  and using the new data checksum to ensure that it has been applied.
2394  This is more expensive than the current check, but need only be done at
2395  open.
2396  For running databases, a separate header field can be used to indicate
2397  a transaction in progress; we need only check for recovery if this is set.
2398 \end_layout
2399
2400 \begin_layout Subsubsection
2401 Status
2402 \end_layout
2403
2404 \begin_layout Standard
2405 Deferred.
2406 \end_layout
2407
2408 \begin_layout Subsection
2409 \begin_inset CommandInset label
2410 LatexCommand label
2411 name "sub:TDB-Does-Not"
2412
2413 \end_inset
2414
2415 TDB Does Not Have Snapshot Support
2416 \end_layout
2417
2418 \begin_layout Subsubsection
2419 Proposed SolutionNone.
2420  At some point you say 
2421 \begin_inset Quotes eld
2422 \end_inset
2423
2424 use a real database
2425 \begin_inset Quotes erd
2426 \end_inset
2427
2428  (but see 
2429 \begin_inset CommandInset ref
2430 LatexCommand ref
2431 reference "replay-attribute"
2432
2433 \end_inset
2434
2435 ).
2436 \end_layout
2437
2438 \begin_layout Standard
2439 But as a thought experiment, if we implemented transactions to only overwrite
2440  free entries (this is tricky: there must not be a header in each entry
2441  which indicates whether it is free, but use of presence in metadata elsewhere),
2442  and a pointer to the hash table, we could create an entirely new commit
2443  without destroying existing data.
2444  Then it would be easy to implement snapshots in a similar way.
2445 \end_layout
2446
2447 \begin_layout Standard
2448 This would not allow arbitrary changes to the database, such as tdb_repack
2449  does, and would require more space (since we have to preserve the current
2450  and future entries at once).
2451  If we used hash trees rather than one big hash table, we might only have
2452  to rewrite some sections of the hash, too.
2453 \end_layout
2454
2455 \begin_layout Standard
2456 We could then implement snapshots using a similar method, using multiple
2457  different hash tables/free tables.
2458 \end_layout
2459
2460 \begin_layout Subsubsection
2461 Status
2462 \end_layout
2463
2464 \begin_layout Standard
2465 Deferred.
2466 \end_layout
2467
2468 \begin_layout Subsection
2469 Transactions Cannot Operate in Parallel
2470 \end_layout
2471
2472 \begin_layout Standard
2473 This would be useless for ldb, as it hits the index records with just about
2474  every update.
2475  It would add significant complexity in resolving clashes, and cause the
2476  all transaction callers to write their code to loop in the case where the
2477  transactions spuriously failed.
2478 \end_layout
2479
2480 \begin_layout Subsubsection
2481 Proposed Solution
2482 \end_layout
2483
2484 \begin_layout Standard
2485 None (but see 
2486 \begin_inset CommandInset ref
2487 LatexCommand ref
2488 reference "replay-attribute"
2489
2490 \end_inset
2491
2492 ).
2493  We could solve a small part of the problem by providing read-only transactions.
2494  These would allow one write transaction to begin, but it could not commit
2495  until all r/o transactions are done.
2496  This would require a new RO_TRANSACTION_LOCK, which would be upgraded on
2497  commit.
2498 \end_layout
2499
2500 \begin_layout Subsubsection
2501 Status
2502 \end_layout
2503
2504 \begin_layout Standard
2505 Deferred.
2506 \end_layout
2507
2508 \begin_layout Subsection
2509 Default Hash Function Is Suboptimal
2510 \end_layout
2511
2512 \begin_layout Standard
2513 The Knuth-inspired multiplicative hash used by tdb is fairly slow (especially
2514  if we expand it to 64 bits), and works best when the hash bucket size is
2515  a prime number (which also means a slow modulus).
2516  In addition, it is highly predictable which could potentially lead to a
2517  Denial of Service attack in some TDB uses.
2518 \end_layout
2519
2520 \begin_layout Subsubsection
2521 Proposed Solution
2522 \end_layout
2523
2524 \begin_layout Standard
2525 The Jenkins lookup3 hash
2526 \begin_inset Foot
2527 status open
2528
2529 \begin_layout Plain Layout
2530 http://burtleburtle.net/bob/c/lookup3.c
2531 \end_layout
2532
2533 \end_inset
2534
2535  is a fast and superbly-mixing hash.
2536  It's used by the Linux kernel and almost everything else.
2537  This has the particular properties that it takes an initial seed, and produces
2538  two 32 bit hash numbers, which we can combine into a 64-bit hash.
2539 \end_layout
2540
2541 \begin_layout Standard
2542 The seed should be created at tdb-creation time from some random source,
2543  and placed in the header.
2544  This is far from foolproof, but adds a little bit of protection against
2545  hash bombing.
2546 \end_layout
2547
2548 \begin_layout Subsubsection
2549 Status
2550 \end_layout
2551
2552 \begin_layout Standard
2553 Complete.
2554 \end_layout
2555
2556 \begin_layout Subsection
2557 \begin_inset CommandInset label
2558 LatexCommand label
2559 name "Reliable-Traversal-Adds"
2560
2561 \end_inset
2562
2563 Reliable Traversal Adds Complexity
2564 \end_layout
2565
2566 \begin_layout Standard
2567 We lock a record during traversal iteration, and try to grab that lock in
2568  the delete code.
2569  If that grab on delete fails, we simply mark it deleted and continue onwards;
2570  traversal checks for this condition and does the delete when it moves off
2571  the record.
2572 \end_layout
2573
2574 \begin_layout Standard
2575 If traversal terminates, the dead record may be left indefinitely.
2576 \end_layout
2577
2578 \begin_layout Subsubsection
2579 Proposed Solution
2580 \end_layout
2581
2582 \begin_layout Standard
2583 Remove reliability guarantees; see 
2584 \begin_inset CommandInset ref
2585 LatexCommand ref
2586 reference "traverse-Proposed-Solution"
2587
2588 \end_inset
2589
2590 .
2591 \end_layout
2592
2593 \begin_layout Subsubsection
2594 Status
2595 \end_layout
2596
2597 \begin_layout Standard
2598 Complete.
2599 \end_layout
2600
2601 \begin_layout Subsection
2602 Fcntl Locking Adds Overhead
2603 \end_layout
2604
2605 \begin_layout Standard
2606 Placing a fcntl lock means a system call, as does removing one.
2607  This is actually one reason why transactions can be faster (everything
2608  is locked once at transaction start).
2609  In the uncontended case, this overhead can theoretically be eliminated.
2610 \end_layout
2611
2612 \begin_layout Subsubsection
2613 Proposed Solution
2614 \end_layout
2615
2616 \begin_layout Standard
2617 None.
2618 \end_layout
2619
2620 \begin_layout Standard
2621 We tried this before with spinlock support, in the early days of TDB, and
2622  it didn't make much difference except in manufactured benchmarks.
2623 \end_layout
2624
2625 \begin_layout Standard
2626 We could use spinlocks (with futex kernel support under Linux), but it means
2627  that we lose automatic cleanup when a process dies with a lock.
2628  There is a method of auto-cleanup under Linux, but it's not supported by
2629  other operating systems.
2630  We could reintroduce a clear-if-first-style lock and sweep for dead futexes
2631  on open, but that wouldn't help the normal case of one concurrent opener
2632  dying.
2633  Increasingly elaborate repair schemes could be considered, but they require
2634  an ABI change (everyone must use them) anyway, so there's no need to do
2635  this at the same time as everything else.
2636 \end_layout
2637
2638 \begin_layout Subsection
2639 Some Transactions Don't Require Durability
2640 \end_layout
2641
2642 \begin_layout Standard
2643 Volker points out that gencache uses a CLEAR_IF_FIRST tdb for normal (fast)
2644  usage, and occasionally empties the results into a transactional TDB.
2645  This kind of usage prioritizes performance over durability: as long as
2646  we are consistent, data can be lost.
2647 \end_layout
2648
2649 \begin_layout Standard
2650 This would be more neatly implemented inside tdb: a 
2651 \begin_inset Quotes eld
2652 \end_inset
2653
2654 soft
2655 \begin_inset Quotes erd
2656 \end_inset
2657
2658  transaction commit (ie.
2659  syncless) which meant that data may be reverted on a crash.
2660 \end_layout
2661
2662 \begin_layout Subsubsection
2663 Proposed Solution
2664 \end_layout
2665
2666 \begin_layout Standard
2667 None.
2668 \end_layout
2669
2670 \begin_layout Standard
2671 Unfortunately any transaction scheme which overwrites old data requires
2672  a sync before that overwrite to avoid the possibility of corruption.
2673 \end_layout
2674
2675 \begin_layout Standard
2676 It seems possible to use a scheme similar to that described in 
2677 \begin_inset CommandInset ref
2678 LatexCommand ref
2679 reference "sub:TDB-Does-Not"
2680
2681 \end_inset
2682
2683 ,where transactions are committed without overwriting existing data, and
2684  an array of top-level pointers were available in the header.
2685  If the transaction is 
2686 \begin_inset Quotes eld
2687 \end_inset
2688
2689 soft
2690 \begin_inset Quotes erd
2691 \end_inset
2692
2693  then we would not need a sync at all: existing processes would pick up
2694  the new hash table and free list and work with that.
2695 \end_layout
2696
2697 \begin_layout Standard
2698 At some later point, a sync would allow recovery of the old data into the
2699  free lists (perhaps when the array of top-level pointers filled).
2700  On crash, tdb_open() would examine the array of top levels, and apply the
2701  transactions until it encountered an invalid checksum.
2702 \end_layout
2703
2704 \begin_layout Subsection
2705 Tracing Is Fragile, Replay Is External
2706 \end_layout
2707
2708 \begin_layout Standard
2709 The current TDB has compile-time-enabled tracing code, but it often breaks
2710  as it is not enabled by default.
2711  In a similar way, the ctdb code has an external wrapper which does replay
2712  tracing so it can coordinate cluster-wide transactions.
2713 \end_layout
2714
2715 \begin_layout Subsubsection
2716 Proposed Solution
2717 \begin_inset CommandInset label
2718 LatexCommand label
2719 name "replay-attribute"
2720
2721 \end_inset
2722
2723
2724 \end_layout
2725
2726 \begin_layout Standard
2727 Tridge points out that an attribute can be later added to tdb_open (see
2728  
2729 \begin_inset CommandInset ref
2730 LatexCommand ref
2731 reference "attributes"
2732
2733 \end_inset
2734
2735 ) to provide replay/trace hooks, which could become the basis for this and
2736  future parallel transactions and snapshot support.
2737 \end_layout
2738
2739 \begin_layout Subsubsection
2740 Status
2741 \end_layout
2742
2743 \begin_layout Standard
2744 Deferred.
2745 \end_layout
2746
2747 \end_body
2748 \end_document