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[citadel.git] / citadel / docs / databaselayout.md
1 The totally incomplete guide to Citadel internals
2 -----------------------------------------------------
3
4 Citadel has evolved quite a bit since its early days, and the data structures
5 have evolved with it.  This document provides a rough overview of how the
6 system works internally.  For details you're going to have to dig through the
7 code, but this'll get you started. 
8
9
10 DATABASE TABLES
11 ---------------
12 As you probably already know by now, Citadel uses a group of tables stored
13 with a record manager (usually Berkeley DB).  Since we're using a record
14 manager rather than a relational database, all record structures are managed
15 by Citadel.  Here are some of the tables we keep on disk:
16
17
18 USER RECORDS
19 ------------
20 This table contains all user records.  It's indexed by
21 user name (translated to lower case for indexing purposes).  The records in
22 this file look something like this:
23
24     struct ctdluser {                   // User record
25         int version;                    // Citadel version. which created this record
26         uid_t uid;                      // Associate with a unix account?
27         char password[32];              // Account password (unless using external authentication)
28         unsigned flags;                 // See US_ flags below
29         CIT_UBYTE axlevel;              // Access level
30         long usernum;                   // User number (never recycled)
31         time_t lastcall;                // Last time the user called
32         int USuserpurge;                // Purge time (in days) for user
33         char fullname[64];              // Name for Citadel messages & mail
34     };
35  
36  Most fields here should be fairly self-explanatory.  The ones that might
37 deserve some attention are:
38
39  - `uid` -- if uid is not the same as the *unix uid* Citadel is running as, then the
40    account is assumed to belong to the user on the underlying Unix system with
41    that uid.  This allows us to require the user's OS password instead of having
42    a separate Citadel password.
43  
44  - `usernum` -- these are assigned sequentially, and **NEVER REUSED**. This is
45   important because it allows us to use this number in other data structures
46   without having to worry about users being added/removed later on, as you'll
47   see later in this document.
48  
49  
50 ROOM RECORDS
51 ------------
52 These are room records.  There is a room record for every room on the
53 system, public or private or mailbox.  It's indexed by room name (also in
54 lower case for easy indexing) and it contains records which look like this:
55
56     struct ctdlroom {
57         char QRname[ROOMNAMELEN];       /* Name of room                     */
58         char QRpasswd[10];              /* Only valid if it's a private rm  */
59         long QRroomaide;                /* User number of room aide         */
60         long QRhighest;                 /* Highest message NUMBER in room   */
61         time_t QRgen;                   /* Generation number of room        */
62         unsigned QRflags;               /* See flag values below            */
63         char QRdirname[15];             /* Directory name, if applicable    */
64         long QRinfo;                    /* Info file update relative to msgs*/
65         char QRfloor;                   /* Which floor this room is on      */
66         time_t QRmtime;                 /* Date/time of last post           */
67         struct ExpirePolicy QRep;       /* Message expiration policy        */
68         long QRnumber;                  /* Globally unique room number      */
69         char QRorder;                   /* Sort key for room listing order  */
70         unsigned QRflags2;              /* Additional flags                 */
71         int QRdefaultview;              /* How to display the contents      */
72     };
73
74 Again, mostly self-explanatory.  Here are the interesting ones:
75  
76 `QRnumber` is a globally unique room ID, while `QRgen` is the "generation number"
77 of the room (it's actually a timestamp).  The two combined produce a unique
78 value which identifies the room.  The reason for two separate fields will be
79 explained below when we discuss the visit table.  For now just remember that
80 `QRnumber` remains the same for the duration of the room's existence, and `QRgen`
81 is timestamped once during room creation but may be restamped later on when
82 certain circumstances exist.
83
84 FLOORTAB
85 --------
86 Floors.  This is so simplistic it's not worth going into detail about, except
87 to note that we keep a reference count of the number of rooms on each floor.
88  
89 MSGLISTS
90 --------
91 Each record in this table consists of a bunch of message numbers
92 which represent the contents of a room.  A message can exist in more than one
93 room (for example, a mail message with multiple recipients -- 'single instance
94 store').  This table is never, ever traversed in its entirety.  When you do
95 any type of read operation, it fetches the msglist for the room you're in
96 (using the room's ID as the index key) and then you can go ahead and read
97 those messages one by one.
98
99 Each room is basically just a list of message numbers.  Each time
100 we enter a new message in a room, its message number is appended to the end
101 of the list.  If an old message is to be expired, we must delete it from the
102 message base.  Reading a room is just a matter of looking up the messages
103 one by one and sending them to the client for display, printing, or whatever.
104  
105
106 VISIT
107 -----
108 This is the tough one.  Put on your thinking cap and grab a fresh cup of
109 coffee before attempting to grok the visit table.
110  
111 This table contains records which establish the relationship between users
112 and rooms.  Its index is a hash of the user and room combination in question.
113 When looking for such a relationship, the record in this table can tell the
114 server things like "this user has zapped this room," "this user has access to
115 this private room," etc.  It's also where we keep track of which messages
116 the user has marked as "old" and which are "new" (which are not necessarily
117 contiguous; contrast with older Citadel implementations which simply kept a
118 "last read" pointer).
119  
120
121 Here's what the records look like:
122  
123     struct visit {
124         long v_roomnum;
125         long v_roomgen;
126         long v_usernum;
127         long v_lastseen;
128         unsigned int v_flags;
129         char v_seen[SIZ];
130         int v_view;
131     };
132
133     #define V_FORGET        1       /* User has zapped this room        */
134     #define V_LOCKOUT       2       /* User is locked out of this room  */
135     #define V_ACCESS        4       /* Access is granted to this room   */
136  
137 This table is indexed by a concatenation of the first three fields.  Whenever
138 we want to learn the relationship between a user and a room, we feed that
139 data to a function which looks up the corresponding record.  The record is
140 designed in such a way that an "all zeroes" record (which is what you get if
141 the record isn't found) represents the default relationship.
142  
143 With this data, we now know which private rooms we're allowed to visit: if
144 the `V_ACCESS` bit is set, the room is one which the user knows, and it may
145 appear in his/her known rooms list.  Conversely, we also know which rooms the
146 user has zapped: if the `V_FORGET` flag is set, we relegate the room to the
147 zapped list and don't bring it up during new message searches.  It's also
148 worth noting that the `V_LOCKOUT` flag works in a similar way to administratively
149 lock users out of rooms.
150  
151 Implementing the "cause all users to forget room" command, then, becomes very
152 simple: we simply change the generation number of the room by putting a new
153 timestamp in the `QRgen` field.  This causes all relevant visit records to
154 become irrelevant, because they appear to point to a different room.  At the
155 same time, we don't lose the messages in the room, because the msglists table
156 is indexed by the room number (`QRnumber`), which never changes.
157  
158 `v_seen` contains a string which represents the set of messages in this room
159 which the user has read (marked as 'seen' or 'old').  It follows the same
160 syntax used by IMAP and NNTP.  When we search for new messages, we simply
161 return any messages that are in the room that are **not** represented by this
162 set.  Naturally, when we do want to mark more messages as seen (or unmark
163 them), we change this string.  Citadel BBS client implementations are naive
164 and think linearly in terms of "everything is old up to this point," but IMAP
165 clients want to have more granularity.
166
167
168 DIRECTORY
169 ---------
170 This table simply maps Internet e-mail addresses to Citadel network addresses
171 for quick lookup.  It is generated from data in the Global Address Book room.
172
173 USETABLE
174 --------
175 This table keeps track of message ID's of messages arriving over a network,
176 to prevent duplicates from being posted if someone misconfigures the network
177 and a loop is created.  This table goes unused on a non-networked Citadel.
178
179 THE MESSAGE STORE
180 -----------------
181 This is where all message text is stored.  It's indexed by message number:
182 give it a number, get back a message.  Messages are numbered sequentially, and
183 the message numbers are never reused.
184  
185 We also keep a "metadata" record for each message.  This record is also stored
186 in the msgmain table, using the index (0 - msgnum).  We keep in the metadata
187 record, among other things, a reference count for each message.  Since a
188 message may exist in more than one room, it's important to keep this reference
189 count up to date, and to delete the message from disk when the reference count
190 reaches zero.
191
192 NoSQL pros might recognize the message store as a "document database".  Each
193 record is an arbitrary collection of keys and values, some of which may
194 appear all the time, and some which might appear infrequently.
195  
196 # Here's the format for the message itself:
197
198  - Each message begins with an 0xFF 'start of message' byte.
199  
200  - The next byte denotes whether this is an anonymous message.  The codes
201    available are `MES_NORMAL`, `MES_ANON`, or `MES_AN2` (defined in `citadel.h`).
202  
203  - The third byte is a "message type" code.  The following codes are defined:
204   - 0 - "Traditional" Citadel format.  Message is to be displayed "formatted."
205   - 1 - Plain pre-formatted ASCII text (otherwise known as text/plain)
206   - 4 - MIME formatted message.  The text of the message which follows is
207         expected to begin with a "Content-type:" header.
208  
209  - After these three opening bytes, the remainder of
210    the message consists of a sequence of character strings.  Each string
211    begins with a type byte indicating the meaning of the string and is
212    ended with a null.  All strings are printable ASCII: in particular,
213    all numbers are in ASCII rather than binary.  This is for simplicity,
214    both in implementing the system and in implementing other code to
215    work with the system.  For instance, a database driven off Citadel archives
216    can do wildcard matching without worrying about unpacking binary data such
217    as message ID's first.  To provide later downward compatability
218    all software should be written to IGNORE fields not currently defined.
219
220
221 # The type bytes currently defined are:
222
223
224     | BYTE  |       Enum        | NW   | Mnemonic       |  Enum / Comments
225     |-------|-------------------|------|----------------|---------------------------------------------------------
226     | A     |    eAuthor        | from | Author         |  The display name of the Author of the message.
227     | B     |    eBig_message   |      | Big message    |  This is a flag which indicates that the message is
228     |       |                   |      |                |  big, and Citadel is storing the body in a separate
229     |       |                   |      |                |  record.  You will never see this field because the
230     |       |                   |      |                |  internal API handles it.
231     | E     |    eExclusiveID   | exti | Exclusive ID   |  A persistent alphanumeric Message ID used for
232     |       |                   |      |                |  replication control.  When a message arrives that
233     |       |                   |      |                |  contains an Exclusive ID, any existing messages which
234     |       |                   |      |                |  contain the same Exclusive ID and are *older* than this
235     |       |                   |      |                |  message should be deleted.  If there exist any messages
236     |       |                   |      |                |  with the same Exclusive ID that are *newer*, then this
237     |       |                   |      |                |  message should be dropped.
238     | F     |    erFc822Addr    | rfca | rFc822 address |  email address or user principal name of the message
239     |       |                   |      |                |  author.
240     | I     |    emessageId     | msgn | Message ID     |  An RFC822-compatible message ID for this message.
241     |       |                   |      |                |  
242     | J     |    eJournal       | jrnl | Journal        |  The presence of this field indicates that the message
243     |       |                   |      |                |  is disqualified from being journaled, perhaps because
244     |       |                   |      |                |  it is itself a journalized message and we wish to
245     |       |                   |      |                |  avoid double journaling.
246     | K     |    eReplyTo       | rep2 | Reply-To       |  the Reply-To header for mailinglist outbound messages
247     | L     |    eListID        | list | List-ID        |  Mailing list identification, as per RFC 2919
248     | M     |    eMesageText    | text | Message Text   |  Normal ASCII, newlines seperated by CR's or LF's,
249     |       |                   |      |                |  null terminated as always.
250     | O     |    eOriginalRoom  | room | Room           |  Room of origin.
251     | P     |    eMessagePath   | path | Path           |  Complete path of message, as in the UseNet news
252     |       |                   |      |                |  standard.  A user should be able to send Internet mail
253     |       |                   |      |                |  to this path. (Note that your system name will not be
254     |       |                   |      |                |  tacked onto this until you're sending the message to
255     |       |                   |      |                |  someone else)
256     | R     |    eRecipient     | rcpt | Recipient      |  Only present in Mail messages.
257     | T     |    eTimestamp     | time | date/Time      |  Unix timestamp containing the creation date/time of
258     |       |                   |      |                |  the message.
259     | U     |    eMsgSubject    | subj | sUbject        |  Message subject.  Optional.
260     |       |                   |      |                |  Developers may choose whether they wish to
261     |       |                   |      |                |  generate or display subject fields.
262     | V     |    eenVelopeTo    | nvto | enVelope-to    |  The recipient specified in incoming SMTP messages.
263     | W     |    eWeferences    | wefw | Wefewences     |  Previous message ID's for conversation threading.  When
264     |       |                   |      |                |  converting from RFC822 we use References: if present, or
265     |       |                   |      |                |  In-Reply-To: otherwise.
266     |       |                   |      |                |  (Who in extnotify spool messages which don't need to know
267     |       |                   |      |                |  other message ids)
268     | Y     |    eCarbonCopY    | cccc | carbon copY    |  Carbon copy (CC) recipients.
269     |       |                   |      |                |  Optional, and only in Mail messages.
270     | %     |    eHeaderOnly    | nhdr | oNlyHeader     |  we will just be sending headers. for the Wire protocol only.
271     | %     |    eFormatType    | type | type           |  type of citadel message: (Wire protocol only)
272     |       |                   |      |                |     FMT_CITADEL     0   Citadel vari-format (proprietary) 
273     |       |                   |      |                |     FMT_FIXED       1   Fixed format (proprietary)
274     |       |                   |      |                |     FMT_RFC822      4   Standard (headers are in M field)
275     | %     |    eMessagePart   | part | emessagePart   |  eMessagePart is the id of this part in the mime hierachy
276     | %     |    eSubFolder     | suff | eSubFolder     |  descend into a mime sub container
277     | %     |    ePevious       | pref | ePevious       |  exit a mime sub container
278     | 0     |    eErrorMsg      |      | Error          |  This field is typically never found in a message on
279     |       |                   |      |                |  disk or in transit.  Message scanning modules are
280     |       |                   |      |                |  expected to fill in this field when rejecting a message
281     |       |                   |      |                |  with an explanation as to what happened (virus found,
282     |       |                   |      |                |  message looks like spam, etc.)
283     | 1     |    eSuppressIdx   |      | suppress index |  The presence of this field indicates that the message is
284     |       |                   |      |                |  disqualified from being added to the full text index.
285     | 2     |    eExtnotify     |      | extnotify      |  Used internally by the serv_extnotify module.
286     | 3     |    eVltMsgNum     |      | msgnum         |  Used internally to pass the local message number in the
287     |       |                   |      |                |  database to after-save hooks.  Discarded afterwards.
288     |       |                   | locl |                |  The presence of this field indicates that the message
289     |       |                   |      |                |  is believed to have originated on the local Citadel node,
290     |       |                   |      |                |  not as an inbound email or some other outside source.
291
292 EXAMPLE
293 -------
294 Let `<FF>` be a `0xFF` byte, and `<0>` be a null `(0x00)` byte.  Then a message
295 which prints as...
296
297     Apr 12, 1988 23:16 From Test User In Network Test> @lifesys (Life Central)
298     Have a nice day!
299
300 might be stored as...
301
302     <FF><40><0>I12345<0>Pneighbor!lifesys!test_user<0>T576918988<0>    (continued)
303     -----------|Mesg ID#|--Message Path---------------|--Date------
304     
305     AThe Test User<0>ONetwork Test<0>Nlifesys<0>HLife Central<0>MHave a nice day!<0>
306     |-----Author-----|-Room name-----|-nodename-|Human Name-|--Message text-----
307
308 Weird things can happen if fields are missing, especially if you use the
309 networker.  But basically, the date, author, room, and nodename may be in any
310 order.  But the leading fields and the message text must remain in the same
311 place.  The H field looks better when it is placed immediately after the N
312 field.
313
314
315 EUID (EXCLUSIVE MESSAGE ID'S)
316 -----------------------------
317 This is where the groupware magic happens.  Any message in any room may have
318 a field called the Exclusive message *ID*, or *EUID*.  We keep an index in the
319 table `CDB_EUIDINDEX` which knows the message number of any item that has an
320 *EUID*.  This allows us to do two things:
321  
322  - If a subsequent message arrives with the same *EUID*, it automatically
323    *deletes* the existing one, because the new one is considered a replacement
324    for the existing one.
325  - If we know the *EUID* of the item we're looking for, we can fetch it by *EUID*
326    and get the most up-to-date version, even if it's been updated several times.
327
328 This functionality is made more useful by server-side hooks.  For example,
329 when we save a vCard to an address book room, or an iCalendar item to a
330 calendar room, our server modules detect this condition, and automatically set
331 the *EUID* of the message to the *UUID* of the *vCard* or *iCalendar* item.
332 Therefore when you save an updated version of an address book entry or
333 a calendar item, the old one is automatically deleted.
334
335 PORTABILITY ISSUES
336 ------------------
337 Citadel is 32/64 bit clean and architecture-independent.  The software is
338 developed and primarily run on the Linux operating system (which uses the
339 Linux kernel) but it should compile and run on any reasonably POSIX
340 compliant system.
341
342 On the client side, it's also POSIX compliant.  The client even seems to
343 build ok on non-POSIX systems with porting libraries (such as Cygwin and
344 WSL).
345
346 SUPPORTING PRIVATE MAIL
347 -----------------------
348 Can one have an elegant kludge?  This must come pretty close.
349
350 Private mail is sent and recieved in the `Mail>` room, which otherwise
351 behaves pretty much as any other room.        To make this work, we have a
352 separate Mail> room for each user behind the scenes.  The actual room name
353 in the database looks like `0000001234.Mail` (where `1234` is the user
354 number) and it's flagged with the `QR_MAILBOX` flag.  The user number is
355 stripped off by the server before the name is presented to the client.  This
356 provides the ability to give each user a separate namespace for mailboxes
357 and personal rooms.
358
359 This requires a little fiddling to get things just right. For example,
360 `make_message()` has to be kludged to ask for the name of the recipient
361 of the message whenever a message is entered in `Mail>`. But basically
362 it works pretty well, keeping the code and user interface simple and
363 regular.
364
365 PASSWORDS AND NAME VALIDATION
366 -----------------------------
367 This has changed a couple of times over the course of Citadel's history.  At
368 this point it's very simple, again due to the fact that record managers are
369 used for everything.    The user file (user) is indexed using the user's
370 name, converted to all lower-case.  Searching for a user, then, is easy.  We
371 just lowercase the name we're looking for and query the database.  If no
372 match is found, it is assumed that the user does not exist.
373
374 This makes it difficult to forge messages from an existing user.  (Fine
375 point: nonprinting characters are converted to printing characters, and
376 leading, trailing, and double blanks are deleted.)