50f0687137bb15e187c916de0c075e4b6e8a3cee
[exim.git] / doc / doc-txt / dbm.discuss.txt
1 DBM Libraries for use with Exim
2 -------------------------------
3
4 Background
5 ----------
6
7 Exim uses direct-access (so-called "dbm") files for a number of different
8 purposes. These are files arranged so that the data they contain is indexed and
9 can quickly be looked up by quoting an appropriate key. They are used as
10 follows:
11
12 1. Exim keeps its "hints" databases in dbm files.
13
14 2. The configuration can specify that certain things (e.g. aliases) be looked
15    up in dbm files.
16
17 3. The configuration can contain expansion strings that involve lookups in dbm
18    files.
19
20 4. The filter commands "mail" and "vacation" have a facility for replying only
21    once to each incoming address. The record of which addresses have already
22    received replies may be kept in a dbm file, depending on the configuration
23    option once_file_size.
24
25 The runtime configuration can be set up without specifying 2 or 3, but Exim
26 always requires the availability of a dbm library, for 1 (and 4 if configured
27 that way).
28
29
30 DBM Libraries
31 -------------
32
33 The original library that provided the dbm facility in Unix was called "dbm".
34 This seems to have been superseded quite some time ago by a new version called
35 "ndbm" which permits several dbm files to be open at once. Several operating
36 systems, including those from Sun, contain ndbm as standard.
37
38 A number of alternative libraries also exist, the most common of which seems to
39 be Berkeley DB (just called DB hereinafter). Release 1.85 was around for
40 some time, and various releases 2.x began to appear towards the end of 1997. In
41 November 1999, version 3.0 was released, and the ending of support for 2.7.7,
42 the last 2.x release, was announced for November 2000. (Support for 1.85 has
43 already ceased.) There were further 3.x releases, but by the end of 2001, the
44 current release was 4.0.14.  In 2022 it was 5.3.28 on Linux (the then-owner
45 has developed it further but Exim does not support anything after 5.x).
46
47 There are major differences in implementation and interface between the DB 1.x
48 and 2.x/3.x/4.x releases, and they are best considered as two independent dbm
49 libraries. Changes to the API were made for 3.0 and again for 3.1.
50
51 Another DBM library is the GNU library, gdbm, though this does not seem to be
52 very widespread.
53
54 Yet another dbm library is tdb (Trivial Data Base) which has come out of the
55 Samba project. The first releases seem to have been in mid-2000.
56
57 Some older Linux releases contain gdbm as standard, while others contain no dbm
58 library. More recent releases contain DB 1.85 or 2.x or later, and presumably
59 will track the development of the DB library. Some BSD versions of Unix include
60 DB 1.85 or later. All of the non-ndbm libraries except tdb contain
61 compatibility interfaces so that programs written to call the ndbm functions
62 should, in theory, work with them, but there are some potential pitfalls which
63 have caught out Exim users in the past.
64
65 Exim has been tested with ndbm, gdbm, DB 1.85, DB 2.x, DB 3.1, DB 4.0.14, and
66 tdb 1.0.2, in various different modes in some cases, and is believed to work
67 with all of them if it and they are properly configured.
68
69 I have considered the possibility of calling different dbm libraries for
70 different functions from a single Exim binary. However, because all bar one of
71 the libraries provide ndbm compatibility interfaces (and therefore the same
72 function names) it would require a lot of complicated, error-prone trickery to
73 achieve this. Exim therefore uses a single library for all its dbm activities.
74
75 However, Exim does also support cdb (Constant Data Base), an efficient file
76 arrangement for indexed data that does not change incrementally (for example,
77 alias files). This is independent of any dbm library and can be used alongside
78 any of them.
79
80
81 Locking
82 -------
83
84 The configuration option EXIMDB_LOCK_TIMEOUT controls how long Exim waits to
85 get a lock on a hints database. From version 1.80 onwards, Exim does not
86 attempt to take out a lock on an actual database file (this caused problems in
87 the past). Instead, it takes out an fcntl() lock on a separate file whose name
88 ends in ".lockfile". This ensures that Exim has exclusive access to the
89 database before even attempting to open it. Exim creates the lock file the
90 first time it needs it. It should never be removed.
91
92
93 Main Pitfall
94 ------------
95
96 The OS-specific configuration files that are used to build Exim specify the use
97 of Berkeley DB on those systems where it is known to be standard. In the
98 absence of any special configuration options, Exim uses the ndbm set of
99 functions to control its dbm databases. This should work with any of the dbm
100 libraries because those that are not ndbm have compatibility interfaces.
101 However, there is one awful pitfall:
102
103 Exim #includes a header file called ndbm.h which defines the functions and the
104 interface data block; gdbm and DB 1.x provide their own versions of this header
105 file, later DB versions do not. If it should happen that the wrong version of
106 nbdm.h is seen by Exim, it may compile without error, but fail to operate
107 correctly at runtime.
108
109 This situation can easily arise when more than one dbm library is installed on
110 a single host. For example, if you decide to use DB 1.x on a system where gdbm
111 is the standard library, unless you are careful in setting up the include
112 directories for Exim, it may see gdbm's ndbm.h file instead of DB's. The
113 situation is even worse with later versions of DB, which do not provide an
114 ndbm.h file at all.
115
116 One way out of this for gdbm and any of the versions of DB is to configure Exim
117 to call the DBM library in its native mode instead of via the ndbm
118 compatibility interface, thus avoiding the use of ndbm.h. This is done by
119 setting the USE_DB configuration option if you are using Berkeley DB, or
120 USE_GDBM if you are using gdbm. This is the recommended approach.
121
122
123 NDBM
124 ----
125
126 The ndbm library holds its data in two files, with extensions .dir and .pag.
127 This makes atomic updating of, for example, alias files, difficult, because
128 simple renaming cannot be used without some risk. However, if your system has
129 ndbm installed, Exim should compile and run without any problems.
130
131
132 GDBM
133 ----
134
135 The gdbm library, when called via the ndbm compatibility interface, makes two
136 hard links to a single file, with extensions .dir and .pag. As mentioned above,
137 gdbm provides its own version of the ndbm.h header, and you must ensure that
138 this is seen by Exim rather than any other version. This is not likely to be a
139 problem if gdbm is the only dbm library on your system.
140
141 If gdbm is called via the native interface (by setting USE_GDBM in your
142 Local/Makefile), it uses a single file, with no extension on the name, and the
143 ndbm.h header is not required.
144
145 The gdbm library does its own locking of the single file that it uses. From
146 version 1.80 onwards, Exim locks on an entirely separate file before accessing
147 a hints database, so gdbm's locking should always succeed.
148
149
150 Berkeley DB 1.8x
151 ----------------
152
153 1.85 was the most widespread DB 1.x release; there is also a 1.86 bug-fix
154 release, but the belief is that the bugs it fixes will not affect Exim.
155 However, maintenance for 1.x releases has been phased out.
156
157 This dbm library can be called by Exim in one of two ways: via the ndbm
158 compatibility interface, or via its own native interface. There are two
159 advantages to doing the latter: (1) you don't run the risk of Exim's seeing the
160 "wrong" version of the ndbm.h header, as described above, and (2) the
161 performance is better. It is therefore recommended that you set USE_DB=yes in an
162 appropriate Local/Makefile-xxx file. (If you are compiling for just one OS, it
163 can go in Local/Makefile itself.)
164
165 When called via the compatibility interface, DB 1.x creates a single file with
166 a .db extension. When called via its native interface, no extension is added to
167 the file name handed to it.
168
169 DB 1.x does not do any locking of its own.
170
171
172 Berkeley DB 2.x
173 ---------------
174
175 DB 2.x was released in 1997. It is a major re-implementation and its native
176 interface is incompatible with DB 1.x, though a compatibility interface was
177 introduced in DB 2.1.0, and there is also an ndbm.h compatibility interface.
178
179 Like 1.x, it can be called from Exim via the ndbm compatibility interface or
180 via its native interface, and once again setting USE_DB in order to get the
181 native interface is recommended. If USE_DB is *not* set, then you will have to
182 provide a suitable version of ndbm.h, because one does not come with the DB 2.x
183 distribution. A suitable version is:
184
185   /*************************************************
186   *              ndbm.h header for DB 2.x          *
187   *************************************************/
188
189   /* This header should replace any other version of ndbm.h when Berkeley DB
190   version 2.x is in use via the ndbm compatibility interface. Otherwise, any
191   extant version of ndbm.h may cause programs to misbehave. There doesn't seem
192   to be a version of ndbm.h supplied with DB 2.x, so I made this for myself.
193
194   Philip Hazel 12/Jun/97
195   */
196
197   #define DB_DBM_HSEARCH
198   #include <db.h>
199
200   /* End */
201
202 When called via the compatibility interface, DB 2.x creates a single file with
203 a .db extension. When called via its native interface, no extension is added to
204 the file name handed to it.
205
206 DB 2.x does not do any automatic locking of its own; it does have a set of
207 functions for various forms of locking, but Exim does not use them.
208
209
210 Berkeley DB 3.x
211 ---------------
212
213 DB 3.0 was released in November 1999 and 3.1 in June 2000. The 3.x series is a
214 development of the 2.x series and the above comments apply. Exim can
215 automatically distinguish between the different versions, so it copes with the
216 changes to the API without needing any special configuration.
217
218 When Exim creates a DBM file using DB 3.x (e.g. when creating one of its hints
219 databases), it specified the "hash" format. However, when it opens a DB 3 file
220 for reading only, it specifies "unknown". This means that it can read DB 3
221 files in other formats that are created by other programs.
222
223
224 Berkeley DB 4.x
225 ---------------
226
227 The 4.x series is a development of the 2.x and 3.x series, and the above
228 comments apply.
229
230
231 tdb
232 ---
233
234 tdb 1.0.2 was released in September 2000. Its origin is the database functions
235 that are used by the Samba project.
236
237
238
239 Testing Exim's dbm handling
240 ---------------------------
241
242 Because there have been problems with dbm file locking in the past, I built
243 some testing code for Exim's dbm functions. This is very much a lash-up, but it
244 is documented here so that anybody who wants to check that their configuration
245 is locking properly can do so. Now that Exim does the locking on an entirely
246 separate file, locking problems are much less likely, but this code still
247 exists, just in case. Proceed as follows:
248
249 . Build Exim in the normal way. This ensures that all the makesfiles etc. get
250   set up.
251
252 . From within the build directory, obey "make test_dbfn". This makes a binary
253   file called test_dbfn. If you are experimenting with different configurations
254   you *must* do "make makefile" after changing anything, before obeying "make
255   test_dbfn" again, because the make target for test_dbfn isn't integrated
256   with the making of the makefile.
257
258 . Identify a scratch directory where you have write access. Create a sub-
259   directory called "db" in the scratch directory.
260
261 . Type the command "test_dbfn <scratch-directory>". This will output some
262   general information such as
263
264     Exim's db functions tester: interface type is db (v2)
265     DBM library: Berkeley DB: Sleepycat Software: DB 2.1.0: (6/13/97)
266     USE_DB is defined
267
268   It then says
269
270     Test the functions
271     >
272
273 . At this point you can type commands to open a dbm file and read and write
274   data in it. First type the command "open <name>", e.g. "open junk". The
275   response should look like this
276
277     opened DB file <scratch-directory>/db/junk: flags=102
278     Locked
279     opened 0
280     >
281
282   The tester will have created a dbm file within the db directory of the
283   scratch directory. It will also have created a file with the extension
284   ".lockfile" in the same directory. Unlike Exim itself, it will not create
285   the db directory for itself if it does not exist.
286
287 . To test the locking, don't type anything more for the moment. You now need to
288   set up another process running the same test_dbfn command, e.g. from a
289   different logon to the same host. This time, when you attempt to open the
290   file it should fail after a minute with a timeout error because it is
291   already in use.
292
293 . If the second process doesn't produce any error message, but gets back to the
294   > prompt, then the locking is not working properly.
295
296 . You can check that the second process gets the lock when the first process
297   releases it by exiting from the first process with ^D, q, or quit; or by
298   typing the command "close".
299
300 . There are some other commands available that are not related to locking:
301
302      write <key> <data>
303      e.g.
304      write abcde the quick brown fox
305
306   writes a record to the database,
307
308      read <key>
309      delete <key>
310
311   read and delete a record, respectively, and
312
313      scan
314
315   scans the entire database. Note that the database is purely for testing the
316   dbm functions. It is *not* one of Exim's regular databases, and you should
317   not try running this testing program on any of Exim's real database
318   files.
319
320 Philip Hazel
321 Last update: June 2002