* Issue 'cancel' messages for vCard when a user is deleted.
[citadel.git] / citadel / techdoc / hack.txt
1  hack.txt for Citadel/UX
2  (possibly a little out of date)
3    
4    Much of this document is borrowed from the original hack.doc from
5 Citadel-CP/M and Citadel-86, because many of the concepts are the same.  Hats
6 off to whoever wrote the original, for a fine document that inspired the
7 implementation of Citadel for Unix. 
8  
9    Note that this document is really out of date.  It doesn't cover anything
10 about the threaded server architecture or any of the network stuff.  What is
11 covered here is the basic architecture of the databases.
12  
13    But enough of the preamble.  Here's how Citadel/UX works :)
14   
15    Here are the major databases to be discussed:
16   
17   msgmain         The big circular file that contains message text
18   quickroom       Contains room info such as room names, stats, etc.
19   fullroom        One fullrm file per room: message numbers and pointers.
20   usersupp        Contains info for each user on the system.
21  
22    The fundamental structure of the system differs greatly from the way
23 Citadels used to work.  Citadel now depends on a record manager or database
24 manager of some sort.  Thanks to the API which is in place for connecting to
25 a data store, any record manager may be used as long as it supports the
26 storage and retrieval of large binary objects (blobs) indexed by unique keys.
27 Please see database.c for more information on data store primitives.
28  
29    The message base (MSGMAIN) is a big file of messages indexed by the message
30 number.  Messages are numbered consecutively and start with an FF (hex)
31 byte.  Except for this FF start-of-message byte, all bytes in the message
32 file have the high bit set to 0.  This means that in principle it is
33 trivial to scan through the message file and locate message N if it
34 exists, or return error.  (Complexities, as usual, crop up when we
35 try for efficiency...)
36  
37     Each room is basically just a list of message numbers.  Each time
38 we enter a new message in a room, its message number is appended to the end
39 of the list.  If an old message is to be expired, we must delete it from the
40 message base.  Reading a room is just a matter of looking up the messages
41 one by one and sending them to the client for display, printing, or whatever.
42  
43     Implementing the "new message" function is also trivial in principle:
44 we just keep track, for each caller in the userlog, of the highest-numbered
45 message which existed on the *last* call.  (Remember, message numbers are
46 simply assigned sequentially each time a message is created.  This
47 sequence is global to the entire system, not local within a room.)  If
48 we ignore all message-numbers in the room less than this, only new messages
49 will be printed.  Voila! 
50  
51  
52                 Message format on disk  (MSGMAIN)
53
54    As discussed above, each message begins with an FF byte.
55  
56    The next byte denotes whether this is an anonymous message.  The codes
57 available are MES_NORMAL, MES_ANON, or MES_AN2 (defined in citadel.h).
58  
59    The third byte is a "message type" code.  The following codes are defined:
60  0 - "Traditional" Citadel format.  Message is to be displayed "formatted."
61  1 - Plain pre-formatted ASCII text (otherwise known as text/plain)
62  4 - MIME formatted message.  The text of the message which follows is
63      expected to begin with a "Content-type:" header.
64  
65    After these three opening bytes, the remainder of
66 the message consists of a sequence of character strings.  Each string
67 begins with a type byte indicating the meaning of the string and is
68 ended with a null.  All strings are printable ASCII: in particular,
69 all numbers are in ASCII rather than binary.  This is for simplicity,
70 both in implementing the system and in implementing other code to
71 work with the system.  For instance, a database driven off Citadel archives
72 can do wildcard matching without worrying about unpacking binary data such
73 as message ID's first.  To provide later downward compatability
74 all software should be written to IGNORE fields not currently defined.
75
76                   The type bytes currently defined are:         
77
78 BYTE    Mnemonic        Comments
79
80 A       Author          Name of originator of message.
81 B       Phone number    The dialup number of the system this message
82                         originated on.  This is optional, and is only
83                         defined for helping implement C86Net gateways.
84 D       Destination     Contains name of the system this message should
85                         be sent to, for mail routing (private mail only).
86 E       Extended ID     A persistent alphanumeric Message ID used for
87                         network replication.  When a message arrives that
88                         contains an Extended ID, any existing messages which
89                         contain the same Extended ID and are *older* than this
90                         message should be deleted.  If there exist any messages
91                         with the same Extended ID that are *newer*, then this
92                         message should be dropped.
93 G       Gateway domain  This field is provided solely for the implementation
94                         of C86Net gateways, and holds the C86Net domain of
95                         the system this message originated on.  Unless you're
96                         implementing such a gateway, there's no need to even
97                         bother with this field.
98 H       HumanNodeName   Human-readable name of system message originated on.
99 I       Original ID     A 32-bit integer containing the message ID on the
100                         system the message *originated* on.
101 M       Message Text    Normal ASCII, newlines seperated by CR's or LF's,
102                         null terminated as always.
103 N       Nodename        Contains node name of system message originated on.
104 O       Room            Room of origin.
105 P       Path            Complete path of message, as in the UseNet news
106                         standard.  A user should be able to send Internet mail
107                         to this path. (Note that your system name will not be
108                         tacked onto this until you're sending the message to
109                         someone else)
110 R       Recipient       Only present in Mail messages.
111 S       Special field   Only meaningful for messages being spooled over a
112                         network.  Usually means that the message isn't really
113                         a message, but rather some other network function:
114                         -> "S" followed by "FILE" (followed by a null, of
115                            course) means that the message text is actually an
116                            IGnet/Open file transfer.
117                         -> "S" followed by "CANCEL" means that this message
118                            should be deleted from the local message base once
119                            it has been replicated to all network systems.
120 T       Date/Time       A 32-bit integer containing the date and time of
121                         the message in standard UNIX format (the number
122                         of seconds since January 1, 1970 GMT).
123 U       Subject         Optional.  Developers may choose whether they wish to
124                         generate or display subject fields.  Citadel/UX does
125                         not generate them, but it does print them when found.
126   
127                         EXAMPLE
128
129 Let <FF> be a 0xFF byte, and <0> be a null (0x00) byte.  Then a message
130 which prints as...
131
132 Apr 12, 1988 23:16 From Test User In Network Test> @lifesys (Life BBS)
133 Have a nice day!
134
135  might be stored as...
136 <FF><40><0>I12345<0>Pneighbor!lifesys!test_user<0>T576918988<0>    (continued)
137 -----------|Mesg ID#|--Message Path---------------|--Date------
138
139 AThe Test User<0>ONetwork Test<0>Nlifesys<0>HLife BBS<0>MHave a nice day!<0>
140 |-----Author-----|-Room name-----|-nodename-|Human Name-|--Message text-----
141
142  Weird things can happen if fields are missing, especially if you use the
143 networker.  But basically, the date, author, room, and nodename may be in any
144 order.  But the leading fields and the message text must remain in the same
145 place.  The H field looks better when it is placed immediately after the N
146 field.
147
148                             Networking
149
150 Citadel nodes network by sharing one or more rooms. Any Citadel node
151 can choose to share messages with any other Citadel node, through the sending
152 of spool files.  The sending system takes all messages it hasn't sent yet, and
153 spools them to the recieving system, which posts them in the rooms.
154
155 Complexities arise primarily from the possibility of densely connected
156 networks: one does not wish to accumulate multiple copies of a given
157 message, which can easily happen.  Nor does one want to see old messages
158 percolating indefinitely through the system.
159
160 This problem is handled by keeping track of the path a message has taken over
161 the network, like the UseNet news system does.  When a system sends out a
162 message, it adds its own name to the bang-path in the <P> field of the
163 message.  If no path field is present, it generates one.  
164    
165 With the path present, all the networker has to do to assure that it doesn't
166 send another system a message it's already received is check the <P>ath field
167 for that system's name somewhere in the bang path.  If it's present, the system
168 has already seen the message, so we don't send it.  (Note that the current
169 implementation does not allow for "loops" in the network -- if you build your
170 net this way you will see lots of duplicate messages.)
171
172 The above discussion should make the function of the fields reasonably clear:
173
174  o  Travelling messages need to carry original message-id, system of origin,
175     date of origin, author, and path with them, to keep reproduction and
176     cycling under control.
177
178 (Uncoincidentally) the format used to transmit messages for networking
179 purposes is precisely that used on disk, except that there may be any amount
180 of garbage between the null ending a message and the <FF> starting the next
181 one.  This allows greater compatibility if slight problems crop up. The current
182 distribution includes netproc.c, which is basically a database replicator;
183 please see network.txt on its operation and functionality (if any).
184
185                         Portability issues
186  
187  At this point, all hardware-dependent stuff has been removed from the 
188 system.  On the server side, most of the OS-dependent stuff has been isolated
189 into the sysdep.c source module.  The server should compile on any POSIX
190 compliant system with a full pthreads implementation and TCP/IP support.  In
191 the future, we may try to port it to non-POSIX systems as well.
192  
193  On the client side, it's also POSIX compliant.  The client even seems to
194 build ok on non-POSIX systems with porting libraries (such as the Cygnus
195 Win32 stuff).
196   
197
198                    "Room" records (quickroom)
199  
200 The rooms are basically indices into msgmain, the message database.
201 As noted in the overview, each is essentially an array of pointers into
202 the message file.  The pointers consist of a 32-bit message ID number
203 (we will wrap around at 32 bits for these purposes).
204
205 Since messages are numbered sequentially, the
206 set of messages existing in msgmain will always form a continuous
207 sequence at any given time.
208
209 That should be enough background to tackle a full-scale room.  From citadel.h:
210
211 struct quickroom {
212         char QRname[20];                /* Max. len is 19, plus null term   */
213         char QRpasswd[10];              /* Only valid if it's a private rm  */
214         long QRroomaide;                /* User number of room aide         */
215         long QRhighest;                 /* Highest message NUMBER in room   */
216         long QRgen;                     /* Generation number of room        */
217         unsigned QRflags;               /* See flag values below            */
218         char QRdirname[15];             /* Directory name, if applicable    */
219         char QRfloor;                   /* (not yet implemented)            */
220                 };
221
222 #define QR_BUSY         1               /* Room is being updated, WAIT      */
223 #define QR_INUSE        2               /* Set if in use, clear if avail    */
224 #define QR_PRIVATE      4               /* Set for any type of private room */
225 #define QR_PASSWORDED   8               /* Set if there's a password too    */
226 #define QR_GUESSNAME    16              /* Set if it's a guessname room     */
227 #define QR_DIRECTORY    32              /* Directory room                   */
228 #define QR_UPLOAD       64              /* Allowed to upload                */
229 #define QR_DOWNLOAD     128             /* Allowed to download              */
230 #define QR_VISDIR       256             /* Visible directory                */
231 #define QR_ANONONLY     512             /* Anonymous-Only room              */
232 #define QR_ANON2        1024            /* Anonymous-Option room            */
233 #define QR_NETWORK      2048            /* Shared network room              */
234 #define QR_PREFONLY     4096            /* Preferred users only             */
235
236 [Note that all components start with "QR" for quickroom, to make sure we
237  don't accidentally use an offset in the wrong structure. Be very careful
238  also to get a meaningful sequence of components --
239  some C compilers don't check this sort of stuff either.]
240
241 QRgen handles the problem of rooms which have died and been reborn
242 under another name.  This will be clearer when we get to the userlog.
243 For now, just note that each room has a generation number which is
244 bumped by one each time it is recycled.
245
246 QRflags is just a bag of bits recording the status of the room.  The
247 defined bits are:
248
249 QR_BUSY         This is to insure that two processes don't update the same
250                 record at the same time, even though this hasn't been
251                 implemented yet.
252 QR_INUSE        1 if the room is valid, 0 if it is free for re-assignment.
253 QR_PRIVATE      1 if the room is not visible by default, 0 for public.
254 QR_PASSWORDED   1 if entry to the room requires a password.
255 QR_GUESSNAME    1 if the room can be reached by guessing the name.
256 QR_DIRECTORY    1 if the room is a window onto some disk/userspace, else 0.
257 QR_UPLOAD       1 if users can upload into this room, else 0.
258 QR_DOWNLOAD     1 if users can download from this room, else 0.
259 QR_VISDIR       1 if users are allowed to read the directory, else 0.
260 QR_ANONONLY     1 if all messages are to recieve the "****" anon header.
261 QR_ANON2        1 if the user will be asked if he/she wants an anon message.
262 QR_NETWORK      1 if this room is shared on a network, else 0.
263 QR_PREFONLY     1 if the room is only accessible to preferred users, else 0.
264
265 QRname is just an ASCII string (null-terminated, like all strings)
266 giving the name of the room.
267
268 QRdirname is meaningful only in QR_DIRECTORY rooms, in which case
269 it gives the directory name to window.
270
271 QRpasswd is the room's password, if it's a QR_PASSWORDED room. Note that
272 if QR_PASSWORDED or QR_GUESSNAME are set, you MUST also set QR_PRIVATE.
273 QR_PRIVATE by itself designates invitation-only. Do not EVER set all three
274 flags at the same time.
275
276 QRroomaide is the user number of the room's room-aide (or zero if the room
277 doesn't have a room aide). Note that if a user is deleted, his/her user number
278 is never used again, so you don't have to worry about a new user getting the
279 same user number and accidentally becoming a room-aide of one or more rooms.
280
281 The only field new to us in quickroom is QRhighest, recording the
282 most recent message in the room.  When we are searching for rooms with
283 messages a given caller hasn't seen, we can check this number
284 and avoid a whole lot of extra disk accesses.
285  
286    There used to also be a structure called "fullroom" which resided in one
287 file for each room on the system.  This has been abandoned in favour of
288 "message lists" which are variable sized and simply contain zero or more
289 message numbers.  The message numbers, in turn, point to messages on disk.
290
291                         User records (usersupp)
292
293 This is the fun one.  Get some fresh air and plug in your thinking cap
294 first.  (Time, space and complexity are the eternal software rivals.
295 We've got lots of log entries times lots of messages spread over up to nnn
296 rooms to worry about, and with multitasking, disk access time is important...
297 so perforce, we opt for complexity to keep time and space in bounds.)
298
299 To understand what is happening in the log code takes a little persistence.
300 You also have to disentangle the different activities going on and
301 tackle them one by one.
302
303  o      We want to remember some random things such as terminal screen
304         size, and automatically set them up for each caller at login.
305
306  o      We want to be able to locate all new messages, and only new
307         messages, efficiently.  Messages should stay new even if it
308         takes a caller a couple of calls to get around to them.
309
310  o      We want to remember which private rooms a given caller knows
311         about, and treat them as normal rooms.  This means mostly
312         automatically seeking out those with new messages.  (Obviously,
313         we >don't< want to do this for unknown private rooms!)  This
314         has to be secure against the periodic recycling of rooms
315         between calls.
316
317  o      We want to support private mail to a caller.
318
319  o      We want to provide some protection of this information (via
320         passwords at login) and some assurance that messages are from
321         who they purport to be from (within the system -- one shouldn't
322         be able to forge messages from established users).
323
324 Lifting another page from citadel.h gives us:
325
326 struct usersupp {                       /* User record                      */
327         int USuid;                      /* uid account is logged in under   */
328         char password[20];              /* password                         */
329         long lastseen[MAXROOMS];        /* Last message seen in each room   */
330         char generation[MAXROOMS];      /* Generation # (for private rooms) */
331         char forget[MAXROOMS];          /* Forgotten generation number      */
332         unsigned flags;                 /* See US_ flags below              */
333         int screenwidth;                /* For formatting messages          */
334         int timescalled;                /* Total number of logins           */
335         int posted;                     /* Number of messages posted (ever) */
336         char fullname[26];              /* Bulletin Board name for messages */
337         char axlevel;                   /* Access level                     */
338         long usernum;                   /* Eternal user number              */
339         long lastcall;                  /* Last time the user called        */
340                                 };
341
342 #define US_PERM         1               /* Permanent user; don't scroll off */
343 #define US_LASTOLD      16              /* Print last old message with new  */
344 #define US_EXPERT       32              /* Experienced user                 */
345 #define US_UNLISTED     64              /* Unlisted userlog entry           */
346 #define US_NOPROMPT     128             /* Don't prompt after each message  */
347 #define US_PREF         1024            /* Preferred user                   */
348  
349 Looks simple enough, doesn't it?  One topic at a time:
350
351  Random configuration parameters:
352 -screenwidth is the caller's screen width.  We format all messages to this
353 width, as best we can. flags is another bit-bag, recording whether we want
354 prompts, people who want to suppress the little automatic hints all through
355 the system, etc.
356  
357   Attachments, names & numbers:
358 -USuid is the uid the account was established under. For most users it will
359 be the same as BBSUID, but it won't be for users that logged in from the shell.
360 -fullname is the user's full login name.
361 -usernum is the user's ID number.  It is unique to the entire system:
362 once someone has a user number, it is never used again after the user is
363 deleted. This allows an easy way to numerically represent people.
364 -password is the user's password.
365 -axlevel is the user's access level, so we know who's an Aide, who's a problem
366 user, etc.  These are defined and listed in the system.
367
368   Feeping Creatures:
369 -timescalled is the number of times the user has called.
370 -posted is the number of messages the user has posted, public or private.
371
372   Misc stuff:
373 -lastcall holds the date and time (standard Unix format) the user called, so
374 we can purge people who haven't called in a given amount of time.
375
376   Finding new messages:
377 This is the most important.  Thus, it winds up being the most
378 elaborate.  Conceptually, what we would like to do is mark each
379 message with a bit after our caller has read it, so we can avoid
380 printing it out again next call.  Unfortunately, with lots of user
381 entries this would require adding lots of bits to each message... and
382 we'd wind up reading off disk lots of messages which would never
383 get printed.  So we resort to approximation and a small table.
384
385 The approximation comes in doing things at the granularity of
386 rooms rather than messages.  Messages in a given room are "new"
387 until we visit it, and "old" after we leave the room... whether
388 we read any of them or not.  This can actually be defended: anyone
389 who passes through a room without reading the contents probably just
390 isn't interested in the topic, and would just as soon not be dragged
391 back every visit and forced to read them.  Given that messages are
392 numbered sequentially, we can simply record the most recent message ID#
393 of each room as of the last time we visited it. Very simple.
394
395 Putting it all together, we can now compute whether a given room
396 has new messages for our current caller without going to the message base
397 index (fullroom) at all:
398
399  > We get the usersupp.lastseen[] for the room in question
400  > We compare this with the room's quickroom.QRhighest, which tells us
401    what the most recent message in the room is currently.
402
403
404              REMEMBERING WHICH PRIVATE ROOMS TO VISIT
405
406 This looks trivial at first glance -- just record one bit per room per
407 caller in the log records.  The problem is that rooms get recycled
408 periodically, and we'd rather not run through all the log entries each
409 time we do it.  So we adopt a kludge which should work 99% of the time.
410
411 As previously noted, each room has a generation number, which is bumped
412 by one each time it is recycled.  As not noted, this generation number
413 runs from 0 -> 127 (and then wraps around and starts over). 
414   When someone visits a room, we set usersupp.generation for the room
415 equal to that of the room.  This flags the room as being available.
416 If the room gets recycled, on our next visit the two generation numbers
417 will no longer match, and the room will no longer be available -- just
418 the result we're looking for.  (Naturally, if a room is public,
419 all this stuff is irrelevant.)
420
421 This leaves only the problem of an accidental matchup between the two
422 numbers giving someone access to a Forbidden Room.  We can't eliminate
423 this danger completely, but it can be reduced to insignificance for
424 most purposes.  (Just don't bet megabucks on the security of this system!)
425 Each time someone logs in, we set all "wrong" generation numbers to -1.
426 So the room must be recycled 127 times before an accidental matchup
427 can be achieved.  (We do this for all rooms, INUSE or dead, public
428 or private, since any of them may be reincarnated as a Forbidden Room.)
429
430 Thus, for someone to accidentally be led to a Forbidden Room, they
431 must establish an account on the system, then not call until some room
432 has been recycled 127 to 128 times, which room must be
433 reincarnated as a Forbidden Room, which someone must now call back
434 (having not scrolled off the userlog in the mean time) and read new
435 messages.  The last clause is about the only probable one in the sequence.
436 The danger of this is much less than the danger that someone will
437 simply guess the name of the room outright (if it's a guess-name room)
438 or some other human loophole.
439
440                      FORGOTTEN ROOMS
441
442   This is exactly the opposite of private rooms. When a user chooses to
443 forget a room, we put the room's generation number in usersupp.forget for
444 that room. When doing a <K>nown rooms list or a <G>oto, any matchups cause
445 the room to be skipped. Very simple.
446
447                      SUPPORTING PRIVATE MAIL
448
449    Can one have an elegant kludge?  This must come pretty close.
450  
451    Private mail is sent and recieved in the Mail> room, which otherwise
452 behaves pretty much as any other room.  To make this work, we have a
453 separate Mail> room for each user behind the scenes.  The actual room name
454 in the database looks like "0000001234.Mail" (where '1234' is the user
455 number) and it's flagged with the QR_MAILBOX flag.  The user number is
456 stripped off by the server before the name is presented to the client.
457
458    This requires a little fiddling to get things just right.  For example,
459 make_message() has to be kludged to ask for the name of the recipient
460 of the message whenever a message is entered in Mail>.  But basically
461 it works pretty well, keeping the code and user interface simple and
462 regular.
463
464
465                    PASSWORDS AND NAME VALIDATION
466  
467   This has changed a couple of times over the course of Citadel's history.  At
468 this point it's very simple, again due to the fact that record managers are
469 used for everything.    The user file (usersupp) is indexed using the user's
470 name, converted to all lower-case.  Searching for a user, then, is easy.  We
471 just lowercase the name we're looking for and query the database.  If no
472 match is found, it is assumed that the user does not exist.
473    
474   This makes it difficult to forge messages from an existing user.  (Fine
475 point: nonprinting characters are converted to printing characters, and
476 leading, trailing, and double blanks are deleted.)