cprogs/watershed.c

   1 /*
   2  * watershed - an auxiliary verb for optimising away
   3  *             unnecessary runs of idempotent commands
   4  *
   5  * watershed is Copyright 2007 Canonical Ltd
   6  * written by Ian Jackson <ian@davenant.greenend.org.uk>
   7  * and this version now maintained as part of chiark-utils
   8  *
   9  *
  10  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  11  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  12  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
  13  * (at your option) any later version.
  14  *
  15  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  18  * GNU General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU General Public
  21  * License along with this file; if not, consult the Free Software
  22  * Foundation's website at www.fsf.org, or the GNU Project website at
  23  * www.gnu.org.
  24  *
  25  */
  26 /*
  27  *  NB a different fork of this code exists in Ubuntu's udev.
  28  */
  29 /*
  30  *
  31  * usage: watershed [<options>] <command> [<arg>...]
  32  *
  33  * options:
  34  *   -d|--state-dir <state-dir>
  35  *        default is /var/run/watershed for uid 0
  36  *                   $HOME/.watershed for others
  37  *   -i|--command-id <command-id>
  38  *
  39  * files used:
  40  *    <state-dir>/<command-id>.lock            lockfile
  41  *    <state-dir>/<command-id>.cohort          cohort
  42  *
  43  * default <command-id> is
  44  *    hex(sha256(argv[0]+'\0' + argv[1]+'\0' ... argv[argc-1]+'\0')
  45  *    '='
  46  *    mangled argv[0] (all chars [^-+_0-9A-Za-z] replaced with ?
  47  *                     and max 32 chars)
  48  *
  49  * exit status:
  50  *  127      - something went wrong, or process died with some other signal
  51  *  SIGPIPE  - process died with SIGPIPE
  52  *  x        - process called _exit(x)
  53  *
  54  * stdin/stdout/stderr:
  55  *
  56  *  If watershed exits 127 due to some unexpected problem, a message
  57  *  is printed to stderr explaining why (obviously).
  58  *
  59  *  If a watershed invocation ends up running the process, the process
  60  *  simply inherits stdin/out/err.  Otherwise stdin/stdout are not used.
  61  *
  62  *  If the process run for us by another invocation of watershed exits
  63  *  zero, or watershed die with the same signal as the process
  64  *  (currently just SIGPIPE), nothing is printed to stderr.  Otherwise
  65  *  (ie, failure of the actual process, in another invocation),
  66  *  watershed prints a description of the wait status to stderr, much
  67  *  as the shell might.
  68  *
  69  */
  70 /*
  71  * gcc -Wall -Wwrite-strings -Wmissing-prototypes watershed.c -o watershed /usr/lib/libnettle.a
  72  */
  73 /*
  74  *
  75  * Theory:
  76  *
  77  *  We consider only invocations with a specific command id (and state
  78  *  directory), since other invocations are completely independent by
  79  *  virtue of having different state file pathnames and thus different
  80  *  state files.  Normally, a command id corresponds to invocations
  81  *  with a particular set of command line arguments and a state
  82  *  directory corresponds to a particular euid; environment variable
  83  *  settings and other inherited process properties are disregarded.
  84  *
  85  *  A `cohort' is a set of invocations which can be coalesced into one
  86  *  run of the command.  For each cohort there is a file, the cohort
  87  *  file (which may not yet exist, may exist and have a name, or may
  88  *  be unliked).
  89  *
  90  *  An `invocation' is an invocation of the `watershed' program.  A
  91  *  `process' is an invocation of the requested command.
  92  *
  93  *  There is always one current cohort, in one of the following
  94  *  two states:
  95  *
  96  *   * Empty
  97  *     No invocations are in this cohort yet.
  98  *     The cohort filename is ENOENT.
  99  *     This is the initial state for a cohort, and the legal next
 100  *     state is Accumulating.
 101  *
 102  *   * Accumulating
 103  *     The process for this run has not yet started, so that new
 104  *     invocations arriving would be satisfied if this cohort were to
 105  *     run.
 106  *     The cohort filename refers to this cohort's file.
 107  *     The legal next state for the cohort is Ready.
 108  *
 109  *  Additionally, there may be older cohorts in the following states:
 110  *
 111  *   * Ready
 112  *     The command for this cohort has not yet been run.
 113  *     The cohort file has no name and is empty.
 114  *     Only one cohort, the lockholder's, may be in this state.
 115  *     The next legal states are Running, or exceptionally Forgotten
 116  *     (if the lockholder crashes and is the only invocation in the
 117  *     cohort).
 118  *
 119  *   * Running
 120  *     The lockholder is running the command for this cohort.
 121  *     This state is identical to Ready from the point of view
 122  *     of all invocations except the lockholder.
 123  *     The legal next states are Done (the usual case), or (if the
 124  *     lockholder crashes) Ready or Forgotten.
 125  *
 126  *   * Done
 127  *     The main process for this run has finished.
 128  *     The cohort file has no name and contains sizeof(int)
 129  *     bytes, the `status' value from waitpid.
 130  *     The legal next state is Forgotten.
 131  *
 132  *   * Forgotten
 133  *     All invocations have finished and the cohort file no longer
 134  *     exists.  This is the final state.
 135  *
 136  *  Only the lockholder may move a cohort between states, except that
 137  *  any invocation may make the current Empty cohort become
 138  *  Accumulating, and that the kernel will automatically move a cohort
 139  *  from Running to Ready or from Done to Forgotten, when appropriate.
 140  *
 141  *
 142  * Algorithm:
 143  *
 144  *   1. Open the cohort file (O_CREAT|O_RDWR)   so our cohort is
 145  *                                                 Accumulating/Ready/
 146  *                                                    Running/Done
 147  *
 148  *   2. Acquire lock (see below)                so lockholder's cohort is
 149  *                                                 Accumulating/Ready/Done
 150  *   3. fstat the open cohort file
 151  *         If it is nonempty:                      Done
 152  *          Read status from it and exit.
 153  *         Otherwise, if nonzero link count:       Accumulating
 154  *          Unlink the cohort filename
 155  *         Otherwise:                              Ready
 156  *
 157  *   4. Fork and run the command                   Running
 158  *       and wait for it
 159  *
 160  *   5. Write the wait status to the cohort file   Done
 161  *
 162  *
 163  *   6. Release the lock                        so we are no longer lockholder
 164  *                                              but our cohort is still
 165  *                                                 Done
 166  *
 167  *   8. Exit                                       Done/Forgotten
 168  *
 169  *  If an invocation crashes (ie, if watershed itself fails, rather
 170  *  than if the command does) then that invocation's caller will be
 171  *  informed of the error.
 172  *
 173  *  If the lockholder crashes with the cohort in:
 174  *
 175  *     Accumulating:
 176  *       The cohort remains in Accumulating and another invocation can
 177  *       become the lockholder.  If there are never any other
 178  *       invocations then the lockfile and cohort file will not be
 179  *       cleaned up (see below).
 180  *
 181  *     Running/Ready:
 182  *       The cohort goes from Running back to Ready (see above) and
 183  *       another invocation in the same cohort will become the
 184  *       lockholder and run it.  If there is no other invocation in
 185  *       the cohort the cohort goes to Forgotten although the lockfile
 186  *       will not be cleaned up - see below.
 187  *
 188  *     Done:
 189  *       If there are no more invocations, the cohort is Forgotten but
 190  *       the lockfile is not cleaned up.
 191  *
 192  * Lockfile:
 193  *
 194  *  There is one lock for all cohorts.  The lockholder is the
 195  *  invocation which holds the fcntl lock on the file whose name is
 196  *  the lockfile.  The lockholder (and no-one else) may unlink the
 197  *  lockfile.
 198  *
 199  *  To acquire the lock:
 200  *
 201  *   1. Open the lockfile (O_CREAT|O_RDWR)
 202  *   2. Acquire fcntl lock (F_SETLKW)
 203  *   3. fstat the open lockfile and stat the lockfile filenmae
 204  *      If inode numbers disagree, close lockfile and start
 205  *      again from the beginning.
 206  *
 207  *  To release the lock, unlink the lockfile and then either close it
 208  *  or exit.  Crashing will also release the lock but leave the
 209  *  lockfile lying around (which is slightly untidy but not
 210  *  incorrect); if this is a problem a cleanup task could periodically
 211  *  acquire and release the lock for each lockfile found:
 212  *
 213  * Cleanup:
 214  *
 215  *  As described above and below, stale cohort files and lockfiles can
 216  *  result from invocations which crashed if the same command is never
 217  *  run again.  Such cohorts are always in Empty or Accumulating.
 218  *
 219  *  If it became necessary to clean up stale cohort files and
 220  *  lockfiles resulting from crashes, the following algorithm should
 221  *  be executed for each lockfile found, as a cleanup task:
 222  *
 223  *   1. Acquire the lock.
 224  *      This makes us the lockholder.           and the current cohort is in
 225  *                                                 Empty/Accumulating
 226  *
 227  *                                              so now that cohort is
 228  *   2. Unlink the cohort file, ignoring ENOENT.   Ready/Forgotten
 229  *   3. Release the lock.                          Ready/Forgotten
 230  *   4. Exit.                                      Ready/Forgotten
 231  *
 232  *  This consists only of legal transitions, so if current cohort
 233  *  wasn't stale, it will have been moved to Ready and some other
 234  *  invocation in this cohort will become the lockholder and as normal
 235  *  from step 4 of the main algorithm.  If the cohort was stale it
 236  *  will go to Forgotten straight away.
 237  *
 238  *  A suitable cleanup script, on a system with with-lock-ex, is: */
 239  //     #!/bin/sh
 240  //     set -e
 241  //     if [ $# != 1 ]; echo >&2 'usage: cleanup <statedir>'; exit 1; fi
 242  //     cd "$1"
 243  //     for f in ./*.lock; do
 244  //       with-lock-ex -w rm -f "${f%.lock}.cohort"
 245  //     done
 246 /*
 247  */
 248
 249 #define _GNU_SOURCE
 250
 251 #include <stdio.h>
 252 #include <stdlib.h>
 253 #include <string.h>
 254 #include <errno.h>
 255 #include <stdarg.h>
 256 #include <ctype.h>
 257 #include <assert.h>
 258
 259 #include <sys/types.h>
 260 #include <sys/stat.h>
 261 #include <sys/wait.h>
 262 #include <unistd.h>
 263 #include <fcntl.h>
 264 #include <getopt.h>
 265 #include <locale.h>
 266 #include <libintl.h>
 267
 268 #include <nettle/sha.h>
 269
 270 static const struct option os[]= {
 271   { "--state-dir", 1,0,'d' },
 272   { "--command-id",1,0,'i' },
 273   { 0 }
 274 };
 275
 276 static const char *state_dir, *command_id, *command;
 277 static const char *lock_path, *cohort_path;
 278
 279 static int cohort_fd, lock_fd;
 280
 281
 282 #define _(x) gettext(x)
 283
 284 #define NOEINTR_TYPED(type,assign) do{                  \
 285     while ((assign)==(type)-1 && errno==EINTR) {}       \
 286   }while(0)
 287
 288 #define NOEINTR(assign) \
 289     NOEINTR_TYPED(int,(assign))
 290
 291 #define CHECKED(value,what) do{                 \
 292     NOEINTR(r= (value));                        \
 293     if (r<0) diee((what));                      \
 294   }while(0)
 295
 296
 297 static void badusage(void) {
 298   fputs(_("usage: watershed [<options>] <command>...\n"
 299           "options: -d|--state-dir <directory>  -i|--command-id <id>\n"
 300           "see /usr/share/doc/chiark-utils-bin/watershed.txt\n"),
 301           stderr);
 302   exit(127);
 303 }
 304 static void die(const char *m) {
 305   fprintf(stderr,_("watershed: error: %s\n"), m);
 306   exit(127);
 307 }
 308 static void diee(const char *m) {
 309   fprintf(stderr,_("watershed: error: %s failed: %s\n"), m, strerror(errno));
 310   exit(127);
 311 }
 312 static void dieep(const char *action, const char *path) {
 313   fprintf(stderr,_("watershed: error: could not %s `%s': %s\n"),
 314           action, path, strerror(errno));
 315   exit(127);
 316 }
 317
 318 static char *m_vasprintf(const char *fmt, va_list al) {
 319   char *s;  int r;
 320   r= vasprintf(&s,fmt,al);
 321   if (r==-1) diee("vasprintf");
 322   return s;
 323 }
 324 static char *m_asprintf(const char *fmt, ...) {
 325   char *s;  va_list al;
 326   va_start(al,fmt); s= m_vasprintf(fmt,al); va_end(al);
 327   return s;
 328 }
 329
 330 static void parse_args(int argc, char *const *argv) {
 331   int o;
 332   for (;;) {
 333     o= getopt_long(argc, argv, "+d:i:", os,0);
 334     if (o==-1) break;
 335     switch (o) {
 336     case 'd': state_dir= optarg; break;
 337     case 'i': command_id= optarg; break;
 338     default: badusage();
 339     }
 340   }
 341   command= argv[optind];
 342   if (!command) badusage();
 343   if (!state_dir) state_dir= getenv("WATERSHED_STATEDIR");
 344   if (!state_dir) {
 345     uid_t u= geteuid();  if (u==(uid_t)-1) diee("getuid");
 346     if (u) {
 347       const char *home= getenv("HOME");
 348       if (!home) die(_("HOME not set, no --state-dir option"
 349                        " supplied, not root"));
 350       state_dir= m_asprintf("%s/.watershed", home);
 351     } else {
 352       state_dir= "/var/run/watershed";
 353     }
 354   }
 355   if (!command_id) {
 356     char *const *ap;
 357     struct sha256_ctx sc;
 358     unsigned char dbuf[SHA256_DIGEST_SIZE], *p;
 359     char *construct, *q;
 360     int i, c;
 361
 362     sha256_init(&sc);
 363     for (ap= argv+optind; *ap; ap++) sha256_update(&sc,strlen(*ap)+1,*ap);
 364     sha256_digest(&sc,sizeof(dbuf),dbuf);
 365
 366     construct= m_asprintf("%*s#%.32s", (int)sizeof(dbuf)*2,"", command);
 367     for (i=sizeof(dbuf), p=dbuf, q=construct; i; i--,p++,q+=2)
 368       sprintf(q,"%02x",*p);
 369     *q++= '=';
 370     while ((c=*q++)) {
 371       if (!(c=='-' || c=='+' || c=='_' || isalnum((unsigned char)c)))
 372         q[-1]= '?';
 373     }
 374     command_id= construct;
 375   }
 376
 377   lock_path= m_asprintf("%s/%s.lock", state_dir, command_id);
 378   cohort_path= m_asprintf("%s/%s.cohort", state_dir, command_id);
 379 }
 380
 381 static void acquire_lock(void) {
 382   struct stat current_stab, our_stab;
 383   struct flock fl;
 384   int r;
 385
 386   for (;;) {
 387     NOEINTR( lock_fd= open(lock_path, O_CREAT|O_RDWR, 0600) );
 388     if (lock_fd<0) diee("open lock");
 389
 390     memset(&fl,0,sizeof(fl));
 391     fl.l_type= F_WRLCK;
 392     fl.l_whence= SEEK_SET;
 393     CHECKED( fcntl(lock_fd, F_SETLKW, &fl), "acquire lock" );
 394
 395     CHECKED( fstat(lock_fd, &our_stab), "fstat our lock");
 396
 397     NOEINTR( r= stat(lock_path, &current_stab) );
 398     if (!r &&
 399         our_stab.st_ino == current_stab.st_ino &&
 400         our_stab.st_dev == current_stab.st_dev) break;
 401     if (r && errno!=ENOENT) diee("fstat current lock");
 402
 403     close(lock_fd);
 404   }
 405 }
 406 static void release_lock(void) {
 407   int r;
 408   CHECKED( unlink(lock_path), "unlink lock");
 409 }
 410
 411 static void report(int status) {
 412   int v;
 413   if (WIFEXITED(status)) {
 414     v= WEXITSTATUS(status);
 415     if (v) fprintf(stderr,_("watershed: `%s' failed with error exit status %d"
 416                             " (in another invocation)\n"), command, v);
 417     exit(status);
 418   }
 419   if (WIFSIGNALED(status)) {
 420     v= WTERMSIG(status); assert(v);
 421     if (v == SIGPIPE) raise(v);
 422     fprintf(stderr,
 423             WCOREDUMP(status)
 424             ? _("watershed: `%s' died due to fatal signal %s (core dumped)\n")
 425             : _("watershed: `%s' died due to fatal signal %s\n"),
 426             command, strsignal(v));
 427   } else {
 428     fprintf(stderr, _("watershed: `%s' failed with"
 429                       " crazy wait status 0x%x\n"), command, status);
 430   }
 431   exit(127);
 432 }
 433
 434 int main(int argc, char *const *argv) {
 435   int status, r, dir_created=0, l;
 436   unsigned char *p;
 437   struct stat cohort_stab;
 438   pid_t c, c2;
 439
 440   setlocale(LC_MESSAGES,""); /* not LC_ALL, see use of isalnum below */
 441   parse_args(argc,argv);
 442
 443   for (;;) {
 444     NOEINTR( cohort_fd= open(cohort_path, O_CREAT|O_RDWR, 0644) );
 445     if (cohort_fd>=0) break;
 446     if (errno!=ENOENT) dieep(_("open/create cohort state file"), cohort_path);
 447     if (dir_created++) die("open cohort state file still ENOENT after mkdir");
 448     NOEINTR( r= mkdir(state_dir,0700) );
 449     if (r && errno!=EEXIST) dieep(_("create state directory"), state_dir);
 450   }
 451
 452   acquire_lock();
 453
 454   CHECKED( fstat(cohort_fd, &cohort_stab), "fstat our cohort");
 455   if (cohort_stab.st_size) {
 456     if (cohort_stab.st_size < sizeof(status))
 457       die(_("cohort status file too short (disk full?)"));
 458     else if (cohort_stab.st_size != sizeof(status))
 459       die("cohort status file too long");
 460     NOEINTR( r= read(cohort_fd,&status,sizeof(status)) );
 461     if (r==-1) diee("read cohort");
 462     if (r!=sizeof(status)) die("cohort file read wrong length");
 463     release_lock(); report(status);
 464   }
 465
 466   if (cohort_stab.st_nlink)
 467     CHECKED( unlink(cohort_path), "unlink our cohort");
 468
 469   NOEINTR_TYPED(pid_t, c= fork() );  if (c==(pid_t)-1) diee("fork");
 470   if (!c) {
 471     close(cohort_fd); close(lock_fd);
 472     execvp(command, argv+optind);
 473     fprintf(stderr,_("watershed: failed to execute `%s': %s\n"),
 474             command, strerror(errno));
 475     exit(127);
 476   }
 477
 478   NOEINTR( c2= waitpid(c, &status, 0) );
 479   if (c2==(pid_t)-1) diee("waitpid");
 480   if (c2!=c) die("waitpid gave wrong pid");
 481
 482   for (l=sizeof(status), p=(void*)&status; l>0; l-=r, p+=r)
 483     CHECKED( write(cohort_fd,p,l), _("write result status"));
 484
 485   release_lock();
 486   if (!WIFEXITED(status)) report(status);
 487   exit(WEXITSTATUS(status));
 488 }