Use safer functions in w32 watchdog
[oweals/gnunet.git] / doc / gnunet-c-tutorial.tex
1 \documentclass[10pt]{article}
2 \usepackage[ansinew]{inputenc}
3 \usepackage{makeidx,amsmath,amssymb,exscale,multicol,epsfig,graphics,verbatim,ulem}
4 \usepackage{epsfig,geometry,url,listings, subcaption}
5 \usepackage{boxedminipage}
6 \usepackage[T1]{fontenc}%required
7 \usepackage{textcomp}
8 \geometry{headsep=3ex,hscale=0.9}
9 \usepackage{hyperref}
10 \hypersetup{pdftitle={GNUnet C Tutorial},
11   pdfsubject={GNUnet},
12   pdfauthor={Christian Grothoff <christian@grothoff.org>},
13   pdfkeywords={p2p,search,gnunet,tutorial}
14   %,pdfpagemode={FullScreen}
15   }
16
17
18 \lstset{ 
19 language=bash,
20 basicstyle=\ttfamily,  
21 upquote=true,
22 columns=fullflexible,
23 literate={*}{{\char42}}1
24          {-}{{\char45}}1
25 }
26
27 \newcommand{\exercise}[1]{\noindent\begin{boxedminipage}{\textwidth}{\bf Exercise:} #1 \end{boxedminipage}}
28
29 \begin{document}
30
31 \begin{center}
32 \large {A Tutorial for GNUnet 0.9.x (C version)}
33
34 Christian Grothoff $\qquad$ Bart Polot $\qquad$ Matthias Wachs
35
36 \today
37 \end{center}
38 This tutorials explains how to install GNUnet on a GNU/Linux system ond gives an introduction how 
39 GNUnet can be used to develop a Peer-to-Peer application. Detailed installation instructions for 
40 various operating systems and a detailed list of all dependencies can found on our website at 
41 \url{https://gnunet.org/installation}. 
42
43 \textbf{Please read this tutorial carefully since every single step is important and do not hesitate to contact the GNUnet team if you have any questions or problems! Check here how to contact the GNUnet team:
44 \url{https://gnunet.org/contact_information}}
45
46
47 \section{Installing GNUnet}
48 First of all you have to install a current version of GNUnet. You can download a 
49 tarball of a stable version from GNU FTP mirrors or obtain the latest development 
50 version from our Subversion repository.
51
52 Most of the time you should prefer to download the stable version since with the 
53 latest development version things can be broken, functionality can be changed or tests 
54 can fail. You should only use the development version if you know that you require a 
55 certain feature or a certain issue has been fixed since the last release.
56
57 \subsection{Obtaining a stable version}
58 You can download the latest stable version of GNUnet from GNU FTP mirrors:
59 \begin{center}
60 \url{ftp://ftp.gnu.org/gnu/gnunet/gnunet-0.9.5a.tar.gz}
61 \end{center}
62 You should also download the signature file and verify the integrity of the tarball.
63 \begin{center}
64 \url{ftp://ftp.gnu.org/gnu/gnunet/gnunet-0.9.5a.tar.gz.sig}
65 \end{center}
66 To verify the signature you should first import the GPG key used to sign the tarball
67 \begin{lstlisting}
68 $ gpg --keyserver keys.gnupg.net --recv-keys 48426C7E
69 \end{lstlisting}
70 And use this key to verify the tarball's signature
71 \begin{lstlisting}
72 $ gpg --verify gnunet-0.9.5a.tar.gz.sig gnunet-0.9.5a.tar.gz
73 \end{lstlisting}
74 After successfully verifying the integrity you can extract the tarball using
75 \begin{lstlisting}
76 $ tar xvzf gnunet-0.9.5a.tar.gz
77 $ mv gnunet-0.9.5a gnunet # we will use the directory "gnunet" in the reminder of this document
78 $ cd gnunet
79 \end{lstlisting}
80
81 \subsection{Installing Build Tool Chain and Dependencies}
82 To successfully compile GNUnet you need the tools to build GNUnet and the required dependencies.
83 Please have a look at \url{https://gnunet.org/dependencies} for a list of required dependencies 
84 and \url{https://gnunet.org/generic_installation} for specific instructions for your operating system.
85
86 Please check the notes at the end of the configure process about required dependencies.
87
88 For GNUNet bootstrapping support and the http(s) plugin you should install \texttt{libcurl}.
89 For the filesharing service you should install at least one of the datastore backends \texttt{mysql}, 
90 \texttt{sqlite} or \texttt{postgresql}.
91
92 \subsection{Obtaining the latest version from Subversion}
93 The latest development version can obtained from our Subversion (\textit{svn}) repository. To obtain 
94 the code you need Subversion installed and checkout the repository using:
95 \lstset{language=bash}
96 \begin{lstlisting}
97 $ svn checkout https://gnunet.org/svn/gnunet
98 \end{lstlisting}
99 After cloning the repository you have to execute
100 \lstset{language=bash}
101 \begin{lstlisting}
102 $ cd gnunet
103 $ ./bootstrap
104 \end{lstlisting}
105
106 The remainder of this tutorial assumes that you have SVN HEAD checked out.
107
108 \subsection{Compiling and Installing GNUnet}
109
110 First, you need to install the latest {\tt
111   libgnupgerror}\footnote{\url{ftp://ftp.gnupg.org/gcrypt/libgpg-error/libgpg-error-1.11.tar.bz2}}
112 and {\tt libgcrypt} version from Git.  The current GNUnet code uses
113 ECC functions not available in any released version of libgcrypt.
114
115 \lstset{language=bash}
116 \begin{lstlisting}
117 $ git clone git://git.gnupg.org/libgcrypt.git
118 $ cd libgcrypt
119 $ ./autogen.sh
120 $ ./configure ; $ make install 
121 \end{lstlisting}
122
123 \label{sub:install}
124 Assuming all dependencies are installed, the following commands will compile and install GNUnet in your 
125 home directory. You can specify the directory where GNUnet will be installed by changing the \lstinline|--prefix| value when calling \lstinline|./configure|.  If you do not specifiy a prefix, GNUnet is installed in the directory \lstinline|/usr/local|. When developing new applications you may want to enable 
126 verbose logging by adding \lstinline|--enable-logging=verbose|:
127
128 \lstset{language=bash}
129 \begin{lstlisting}
130 $ ./configure --prefix=$HOME --enable-logging
131 $ make
132 $ make install 
133 \end{lstlisting}
134
135 After installing GNUnet you have to set the \lstinline|GNUNET_PREFIX| environmental variable used by GNUnet to detect it's installation directory and add your GNUnet installation to your path environmental variable.
136 This configuration is only valid for the current shell session, so you should add \lstinline|export GNUNET_PREFIX=$HOME| to your \lstinline|.bash_rc| or \lstinline|.profile| to be sure the environment variable is always set. In addition you have to create the \lstinline|.gnunet| directory in your home directory where GNUnet stores it's data and an empty GNUnet configuration file:
137
138 \lstset{language=bash}
139 \begin{lstlisting}
140 $ export GNUNET_PREFIX=$HOME 
141 $ export PATH=$PATH:$GNUNET_PREFIX/bin
142 $ echo export GNUNET_PREFIX=$HOME >> ~/.bashrc
143 $ echo export PATH=$GNUNET_PREFIX/bin:$PATH >> ~/.bashrc
144 $ mkdir ~/.gnunet/
145 $ touch ~/.gnunet/gnunet.conf
146 \end{lstlisting}
147 % $
148
149 \subsection{Common Issues - Check your GNUnet installation}
150 You should check your installation to ensure that installing GNUnet was successful up to this point. You should be able to access GNUnet's binaries and run GNUnet's self check.
151 \begin{lstlisting}
152 $ which gnunet-arm 
153 \end{lstlisting}
154 should return \lstinline|$GNUNET_PREFIX/bin/gnunet-arm|. It should be located in your GNUnet installation and the output should not be empty. If you see an output like:
155 \begin{lstlisting}
156 $ which gnunet-arm
157
158 \end{lstlisting}
159 check your {\tt PATH} variable to ensure GNUnet's {\tt bin} directory is included.
160
161 GNUnet provides tests for all of it's subcomponents. Run
162 \begin{lstlisting}
163 $ make check
164 \end{lstlisting}
165 to execute tests for all components. {\tt make check} traverses all subdirectories in {\tt src}. 
166 For every subdirectory you should get a message like this:
167
168 \begin{lstlisting}
169 make[2]: Entering directory `/home/mwachs/gnunet/contrib'
170 PASS: test_gnunet_prefix
171 =============
172 1 test passed
173 =============
174 \end{lstlisting}
175
176 If you see a message like this:
177
178 \begin{lstlisting}
179 Mar 12 16:57:56-642482 resolver-api-19449 ERROR Must specify `HOSTNAME' for `resolver' in configuration!
180 Mar 12 16:57:56-642573 test_program-19449 ERROR Assertion failed at resolver_api.c:204.
181 /bin/bash: line 5: 19449 Aborted                 (core dumped) ${dir}$tst
182 FAIL: test_program
183 \end{lstlisting}
184 double check your {\tt GNUNET\_PREFIX} environmental variable and double check the steps performed in ~\ref{sub:install}
185
186 \section{Background: GNUnet Architecture}
187 GNUnet is organized in layers and services. Each service is composed of a
188 main service implementation and a client library for other programs to use 
189 the service's functionality, described by an API. This approach is shown in 
190 figure~\ref{fig:service}. Some services provide an additional command line 
191 tool to enable the user to interact with the service.
192
193 Very often it is other GNUnet services that will use these APIs to build the
194 higher layers of GNUnet on top of the lower ones. Each layer expands or extends
195 the functionality of the service below (for instance, to build a mesh on top of
196 a DHT). See figure ~\ref{fig:interaction} for an illustration of this approach.
197
198 \begin{figure}[!h]
199   \begin{center}
200 %  \begin{subfigure}
201         \begin{subfigure}[b]{0.3\textwidth}
202                 \centering
203                 \includegraphics[width=\textwidth]{figs/Service.pdf}
204                 \caption{Service with API and network protocol}
205                 \label{fig:service}
206         \end{subfigure}    
207         ~~~~~~~~~~
208         \begin{subfigure}[b]{0.3\textwidth}
209                 \centering
210                 \includegraphics[width=\textwidth]{figs/System.pdf}
211                 \caption{Service interaction}
212                 \label{fig:interaction}
213         \end{subfigure}  
214   \end{center}
215   \caption{GNUnet's layered system architecture}
216 \end{figure}
217
218 The main service implementation runs as a standalone process in the operating
219 system and the client code runs as part of the client program, so crashes of a
220 client do not affect the service process or other clients. The service and the
221 clients communicate via a message protocol to be defined and implemented by
222 the programmer.
223
224 \section{First Steps with GNUnet}
225
226 \subsection{Configure your peer}
227 First of all we need to configure your peer. Each peer is started with a configuration containing settings for GNUnet itself and it's services. This configuration is based on the default configuration shipped with GNUnet and can be modified. The default configuration is located in the {\tt \$GNUNET\_PREFIX/share/gnunet/config.d} directory. When starting a peer, you can specify a customized configuration using the the {\tt$-c$} command line switch when starting the ARM service and all other services. When using a modified configuration the default values are loaded and only values specified in the configuration file will replace the default values.
228
229 Since we want to start additional peers later, we need 
230 some modifications from the default configuration. We need to create a separate service home and a file containing our modifications for this peer:
231 \begin{lstlisting}
232 $ mkdir ~/gnunet1/
233 $ touch peer1.conf
234 \end{lstlisting}
235
236 Now add the following lines to peer1.conf to use this directory. For simplified usage we want to prevent 
237 the peer to connect to the GNUnet network since this could lead to confusing output. This modifications will replace the default settings:
238 \begin{lstlisting}
239 $ [PATHS]
240 $ SERVICEHOME = ~/gnunet1/ # Use this directory to store GNUnet data
241 $ [hostlist]
242 $ SERVERS = # prevent bootstrapping
243 \end{lstlisting}
244
245 \subsection{Start a peer}
246 Each GNUnet instance (called peer) has an identity (\textit{peer ID}) based on a 
247 cryptographic public private key pair. The peer ID is the printable hash of the 
248 public key. So before starting the peer, you may want to just generate the peer's private 
249 key using the command
250 \lstset{language=bash}
251 \begin{lstlisting}
252 $ gnunet-peerinfo -c ~/peer1.conf -s
253 \end{lstlisting}
254 You should see an output containing the peer ID similar to:
255 \lstset{language=bash}
256 \begin{lstlisting}
257 I am peer `0PA02UVRKQTS2C .. JL5Q78F6H0B1ACPV1CJI59MEQUMQCC5G'.
258 \end{lstlisting}
259
260 GNUnet services are controlled by a master service the so called \textit{Automatic Restart Manager} (ARM).
261 ARM starts, stops and even restarts services automatically or on demand when a client connects.
262 You interact with the ARM service using the \lstinline|gnunet-arm| tool. 
263 GNUnet can then be started with \lstinline|gnunet-arm -s| and stopped with 
264 \lstinline|gnunet-arm -e|.  An additional service not automatically started 
265 can be started using \lstinline|gnunet-arm -i <service name>| and stopped 
266 using \lstinline|gnunet-arm -k <servicename>|. 
267
268 \subsection{Monitor a peer}
269 In this section, we will monitor the behaviour of our peer's DHT service with respect to a 
270 specific key. First we will start GNUnet and then start the DHT service and use the DHT monitor tool
271 to monitor the PUT and GET commands we issue ussing the \lstinline|gnunet-dht-put| and 
272 \lstinline|gnunet-dht-get| command. Using the ``monitor'' line given below, you can observe the behavior of
273 your own peer's DHT with respect to the specified KEY:
274
275 \lstset{language=bash}
276 \begin{lstlisting}
277 $ gnunet-arm -c ~/peer1.conf -s # start gnunet with all default services
278 $ gnunet-arm -c ~/peer1.conf -i dht # start DHT service
279 $ cd ~/gnunet/src/dht;
280 $ ./gnunet-dht-monitor -c ~/peer1.conf -k KEY
281 \end{lstlisting}
282 Now open a separate terminal and change again to the \lstinline|gnunet/src/dht| directory:
283 \begin{lstlisting}
284 $ cd ~/gnunet/src/dht
285 $ ./gnunet-dht-put -c ~/peer1.conf -k KEY -d VALUE # put VALUE under KEY in the DHT 
286 $ ./gnunet/src/dht/gnunet-dht-get ~/peer1.conf -k KEY # get key KEY from the DHT
287 $ gnunet-statistics -c ~/peer1.conf # print statistics about current GNUnet state
288 $ gnunet-statistics -c ~/peer1.conf -s dht # print statistics about DHT service
289 \end{lstlisting}
290 % $
291 \subsection{Starting Two Peers by Hand}
292 \subsubsection{Setup a second peer}
293 We will now start a second peer on your machine.
294 For the second peer, you will need to manually create a modified
295 configuration file to avoid conflicts with ports and directories.  
296 A peers configuration file is by default located in {\tt ~/.gnunet/gnunet.conf}.
297 This file is typically very short or even empty as only the differences to the
298 defaults need to be specified.  The defaults are located in 
299 many files in the {\tt \$GNUNET\_PREFIX/share/gnunet/config.d} directory.
300
301 To configure the second peer, use the files {\tt
302   \$GNUNET\_PREFIX/share/gnunet/config.d} as a template for your main
303 configuration file:
304 %
305 \lstset{language=bash}
306 \begin{lstlisting}
307 $ cat $GNUNET_PREFIX/share/gnunet/config.d/*.conf > peer2.conf
308 \end{lstlisting}
309 Now you have to edit {\tt peer2.conf} and change:
310 \begin{itemize}
311   \itemsep0em
312   \item{\texttt{SERVICEHOME} under \texttt{PATHS}}
313   \item{Every value for ``\texttt{PORT}'' (add 10000) in any section (if \texttt{PORT} is enabled, may be disabled using "\#") }
314   \item{Every value for ``\texttt{UNIXPATH}'' in any section (e.g. by adding a "-p2" suffix)}
315 \end{itemize}
316 to a fresh, unique value.  Make sure that the \texttt{PORT} numbers stay
317 below 65536.  From now on, whenever you interact with the second
318 peer, you need to specify {\tt -c peer2.conf} as an additional
319 command line argument.
320
321 Now, generate the 2nd peer's private key:
322
323 \lstset{language=bash}
324 \begin{lstlisting}
325 $ gnunet-peerinfo -s -c peer2.conf
326 \end{lstlisting}
327 % $
328
329 This may take a while, generate entropy using your keyboard or mouse
330 as needed.  Also, make sure the output is different from the {\tt
331   gnunet-peerinfo} output for the first peer (otherwise you made an
332 error in the configuration).
333
334 \subsubsection{Start the second peer and connect the peers}
335 Then, you can start a second peer using:
336 \lstset{language=bash}
337 \begin{lstlisting}
338 $ gnunet-arm -c peer2.conf -s
339 $ gnunet-arm -c peer2.conf -i dht
340 $ ~/gnunet/src/dht/gnunet-dht-put -c peer2.conf -k KEY -d VALUE
341 $ ~/gnunet/src/dht/gnunet-dht-get -c peer2.conf -k KEY
342 \end{lstlisting}
343 If you want the two peers to connect, you have multiple options:
344 \begin{itemize}
345 \itemsep0em
346   \item UDP neighbour discovery (automatic)
347   \item Setup a bootstrap server
348   \item Connect manually
349 \end{itemize}
350 To setup peer 1 as bootstrapping server change the configuration of the first one to be a hostlist server by adding the following lines to \texttt{peer1.conf} to enable bootstrapping server:
351  \begin{lstlisting}
352 [hostlist]
353 OPTIONS = -p
354 \end{lstlisting}
355
356 Then change {\tt peer2.conf} and replace the ``\texttt{SERVERS}'' line in the ``\texttt{[hostlist]}'' section with
357 ``\texttt{http://localhost:8080/}''.  Restart both peers using:
358 \begin{lstlisting}
359 $ gnunet-arm -c peer1.conf -e # stop first peer
360 $ gnunet-arm -c peer1.conf -s # start first peer
361 $ gnunet-arm -c peer2.conf -s # start second peer
362 \end{lstlisting}
363
364 Note that if you start your peers without changing these settings, they
365 will use the ``global'' hostlist servers of the GNUnet P2P network and
366 likely connect to those peers.  At that point, debugging might become
367 tricky as you're going to be connected to many more peers and would 
368 likely observe traffic and behaviors that are not explicitly controlled
369 by you.
370
371 \subsubsection{How to connect manually}
372 If you want to use the \texttt{peerinfo} tool to connect your peers, you should:
373 \begin{itemize}
374 \itemsep0em
375  \item{Remove {\tt hostlist} from {\tt DEFAULTSERVICES} (to not connect to the global GNUnet)}
376  \item{Start both peers running {\tt gnunet-arm -c peer1.conf -s} and {\tt gnunet-arm -c peer2.conf -s}}
377  \item{Get \texttt{HELLO} message of the first peer running {\tt gnunet-peerinfo -c peer1.conf -g}}
378  \item{Give the output to the second peer by running {\tt gnunet-peerinfo -c peer2.conf -p '<output>'}}
379 \end{itemize}
380
381 Check that they are connected using {\tt gnunet-core -c peer1.conf}, which should give you the other peer's 
382 peer identity:
383 \begin{lstlisting}
384 $ gnunet-core -c peer1.conf
385 Peer `9TVUCS8P5A7ILLBGO6JSTSSN2B44H3D2MUIFJMLKAITC0I22UVFBFP1H8NRK2IA35VKAK16LLO0MFS7TAQ9M1KNBJ4NGCHP3JPVULDG'
386 \end{lstlisting}
387
388 \subsection{Starting Peers Using the Testbed Service}
389
390 GNUnet's testbed service is used for testing scenarios where a number of peers
391 are to be started.  The testbed can manage peers on a single host or on multiple
392 hosts in a distributed fashion.  On a single affordable computer, it should be
393 possible to run around tens of peers without drastically increasing the load on the
394 system.
395
396 The testbed service can be access through its API
397 \texttt{include/gnunet\_testbed\_service.h}.  The API provides many routines for
398 managing a group of peers.  It also provides a helper function
399 \texttt{GNUNET\_TESTBED\_test\_run()} to quickly setup a minimalistic testing
400 environment on a single host.
401
402 This function takes a configuration file which will be used as a template
403 configuration for the peers.  The testbed takes care of modifying relevant
404 options in the peers' configuration such as SERVICEHOME, PORT, UNIXPATH to
405 unique values so that peers run without running into conflicts.  It also checks
406 and assigns the ports in configurations only if they are free.  
407
408 Additionally, the testbed service also reads its options from the same
409 configuration file.  Various available options and details about them can be
410 found in the testbed default configuration file \texttt{src/testbed/testbed.conf}.
411
412 With the testbed API, a sample test case can be structured as follows:
413 \lstinputlisting[language=C]{testbed_test.c}
414 The source code for the above listing can be found at
415 \url{https://gnunet.org/svn/gnunet/doc/testbed_test.c}.  After installing GNUnet, the above source code can be compiled as:
416 \lstset{language=bash}
417 \begin{lstlisting}
418 $ export CPPFLAGS="-I/path/to/gnunet/headers"
419 $ export LDFLAGS="-L/path/to/gnunet/libraries"
420 $ gcc -o testbed-test -lgnunettestbed -lgnunetdht -lgnunetutil testbed_test.c
421 \end{lstlisting}
422 The \texttt{CPPFLAGS} and \texttt{LDFLAGS} are necessary if GNUnet is installed
423 into a different directory other than \texttt{/usr/local}.
424
425 All of testbed API's peer management functions treat management actions as
426 operations and return operation handles.  It is expected that the operations
427 begin immediately, but they may get delayed (to balance out load on the system).
428 The program using the API then has to take care of marking the operation as
429 ``done'' so that its associated resources can be freed immediately and other
430 waiting operations can be executed.  Operations will be canceled if they are
431 marked as ``done'' before their completion.
432
433 An operation is treated as completed when it succeeds or fails.  Completion of
434 an operation is either conveyed as events through \textit{controller event
435   callback} or through respective operation completion callbacks.  In functions
436 which support completion notification through both controller event callback and
437 operation completion callback, first the controller event callback will be
438 called.  If the operation is not marked as done in that callback or if the
439 callback is given as NULL when creating the operation, the operation completion
440 callback will be called.  The API documentation shows which event are to be
441 expected in the controller event notifications.  It also documents any
442 exceptional behaviour.
443
444 Once the peers are started, test cases often need to connect some of the peers'
445 services.  Normally, opening a connect to a peer's service requires the peer's
446 configuration.  While using testbed, the testbed automatically generates
447 per-peer configuration.  Accessing those configurations directly through file
448 system is discouraged as their locations are dynamically created and will be
449 different among various runs of testbed.  To make access to these configurations
450 easy, testbed API provides the function
451 \texttt{GNUNET\_TESTBED\_service\_connect()}.  This function fetches the
452 configuration of a given peer and calls the \textit{Connect Adapter}.
453 In the example code, it is the \texttt{dht\_ca}.  A connect adapter is expected
454 to open the connection to the needed service by using the provided configuration
455 and return the created service connection handle.  Successful connection to the
456 needed service is signaled through \texttt{service\_connect\_comp\_cb}.
457
458 A dual to connect adapter is the \textit{Disconnect Adapter}.  This callback is
459 called after the connect adapter has been called when the operation from
460 \texttt{GNUNET\_TESTBED\_service\_connect()} is marked as ``done''.  It has to
461 disconnect from the service with the provided service handle (\texttt{op\_result}).
462
463 \exercise{Find out how many peers you can run on your system.}
464
465 \exercise{Find out how to create connections from within {\tt run} and create a
466   2D torus topology.  Then use the DHT API to store and retrieve values in the
467   network.}
468
469 \section{Developing Applications}
470 \subsection{gnunet-ext}
471 To develop a new peer-to-peer application or to extend GNUnet we provide
472 a template build system for writing GNUnet extensions in C. It can be
473 obtained as follows:
474
475 \lstset{language=bash}
476 \begin{lstlisting}
477 $ svn checkout https://gnunet.org/svn/gnunet-ext/
478 $ cd gnunet-ext/
479 $ ./bootstrap
480 $ ./configure --prefix=$HOME --with-gnunet=$GNUNET_PREFIX
481 $ make
482 $ make install
483 $ make check
484 \end{lstlisting}
485 % $
486
487 The GNUnet ext template includes examples and a working buildsystem for a new GNUnet service.
488 A common GNUnet service consists of the following parts which will be discussed in detail in the
489 remainder of this document. The functionality of a GNUnet service is implemented in:
490
491 \begin{itemize}
492 \itemsep0em
493   \item the GNUnet service (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/gnunet-service-ext.c|)
494   \item the client API (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/ext_api.c|)
495   \item the client application using the service API (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/gnunet-ext.c|) 
496
497
498 \end{itemize}
499
500 The interfaces for these entities are defined in:
501 \begin{itemize}
502 \itemsep0em
503   \item client API interface (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/ext.h|) 
504   \item the service interface (\lstinline|gnunet-ext/src/include/gnunet_service_SERVICE.h|)
505   \item the P2P protocol (\lstinline|gnunet-ext/src/include/gnunet_protocols_ext.h|)
506 \end{itemize}
507
508
509 In addition the \texttt{ext} systems provides:
510 \begin{itemize}
511 \itemsep0em
512   \item a test testing the API (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/test_ext_api.c|)
513   \item a configuration template for the service (\lstinline|gnunet-ext/src/ext/ext.conf.in|)
514 \end{itemize}
515
516
517 \subsection{Adapting the Template}
518
519 The first step for writing any extension with a new service is to
520 ensure that the {\tt ext.conf.in} file contains entries for the
521 \texttt{UNIXPATH}, \texttt{PORT} and \texttt{BINARY} for the service in a section named after
522 the service. 
523
524 If you want to adapt the template rename the {\tt ext.conf.in} to match your 
525 services name, you have to modify the \texttt{AC\_OUTPUT} section in {\tt configure.ac} 
526 in the \texttt{gnunet-ext} root.
527
528 \section{Writing a Client Application}
529
530 When writing any client application (for example, a command-line
531 tool), the basic structure is to start with the {\tt
532   GNUNET\_PROGRAM\_run} function.  This function will parse
533 command-line options, setup the scheduler and then invoke the {\tt
534   run} function (with the remaining non-option arguments) and a handle
535 to the parsed configuration (and the configuration file name that was
536 used, which is typically not needed):
537
538 \lstset{language=c}
539 \begin{lstlisting}
540 #include <gnunet/platform.h>
541 #include <gnunet/gnunet_util_lib.h>
542
543 static int ret;
544
545 static void
546 run (void *cls,
547      char *const *args,
548      const char *cfgfile,
549      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg)
550 {
551   /* main code here */
552   ret = 0;
553 }
554
555 int
556 main (int argc, char *const *argv)
557 {
558   static const struct GNUNET_GETOPT_CommandLineOption options[] = {
559     GNUNET_GETOPT_OPTION_END
560   };
561   return (GNUNET_OK ==
562           GNUNET_PROGRAM_run (argc,
563                               argv,
564                               "binary-name",
565                               gettext_noop ("binary description text"),
566                               options, &run, NULL)) ? ret : 1;
567 }
568 \end{lstlisting}
569
570 \subsection{Handling command-line options}
571
572 Options can then be added easily by adding global variables and
573 expanding the {\tt options} array.  For example, the following would
574 add a string-option and a binary flag (defaulting to {\tt NULL} and
575 {\tt GNUNET\_NO} respectively):
576
577 \begin{lstlisting}
578 static char *string_option;
579 static int a_flag;
580
581 // ...
582   static const struct GNUNET_GETOPT_CommandLineOption options[] = {
583   {'s', "name", "SOMESTRING",
584      gettext_noop ("text describing the string_option NAME"), 1,
585      &GNUNET_GETOPT_set_string, &string_option},
586     {'f', "flag", NULL,
587      gettext_noop ("text describing the flag option"), 0,
588      &GNUNET_GETOPT_set_one, &a_flag},
589     GNUNET_GETOPT_OPTION_END
590   };
591 // ...
592 \end{lstlisting}
593
594 Issues such as displaying some helpful text describing options using
595 the {\tt --help} argument and error handling are taken care of when
596 using this approach.  Other {\tt GNUNET\_GETOPT\_}-functions can be used
597 to obtain integer value options, increment counters, etc.  You can
598 even write custom option parsers for special circumstances not covered
599 by the available handlers.
600
601 Inside the {\tt run} method, the program would perform the
602 application-specific logic, which typically involves initializing and
603 using some client library to interact with the service.  The client
604 library is supposed to implement the IPC whereas the service provides
605 more persistent P2P functions.
606
607 \exercise{Add a few command-line options and print them inside
608 of {\tt run}.  What happens if the user gives invalid arguments?}
609
610 \subsection{Writing a Client Library}
611
612 The first and most important step in writing a client library is to
613 decide on an API for the library.  Typical API calls include 
614 connecting to the service, performing application-specific requests
615 and cleaning up.  Many examples for such service APIs can be found
616 in the {\tt gnunet/src/include/gnunet\_*\_service.h} files.
617
618 Then, a client-service protocol needs to be designed.  This typically
619 involves defining various message formats in a header that will be
620 included by both the service and the client library (but is otherwise
621 not shared and hence located within the service's directory and not
622 installed by {\tt make install}).  Each message must start with a {\tt
623   struct GNUNET\_MessageHeader} and must be shorter than 64k.  By
624 convention, all fields in IPC (and P2P) messages must be in big-endian
625 format (and thus should be read using {\tt ntohl} and similar
626 functions and written using {\tt htonl} and similar functions).
627 Unique message types must be defined for each message struct in the
628 {\tt gnunet\_protocols.h} header (or an extension-specific include
629 file).
630
631 \subsubsection{Connecting to the Service}
632
633 Before a client library can implement the application-specific protocol
634 with the service, a connection must be created:
635
636 \lstset{language=c}
637 \begin{lstlisting}
638   struct GNUNET_CLIENT_Connection *client;
639   client = GNUNET_CLIENT_connect ("service-name", cfg);
640 \end{lstlisting}
641
642 As a result a {\tt GNUNET\_CLIENT\_Connection} handle is returned 
643 which has to used in later API calls related to this service.
644 The complete client API can be found in {\tt gnunet\_client\_lib.h}
645
646 \subsubsection{GNUnet Messages}
647
648 In GNUnet, messages are always sent beginning with a {\tt struct GNUNET\_MessageHeader}
649 in big endian format. This header defines the size and the type of the 
650 message, the payload follows after this header.
651
652 \lstset{language=c}
653 \begin{lstlisting}
654 struct GNUNET_MessageHeader
655 {
656
657   /**
658    * The length of the struct (in bytes, including the length field itself),
659    * in big-endian format.
660    */
661   uint16_t size GNUNET_PACKED;
662
663   /**
664    * The type of the message (GNUNET_MESSAGE_TYPE_XXXX), in big-endian format.
665    */
666   uint16_t type GNUNET_PACKED;
667
668 };
669 \end{lstlisting}
670
671 Existing message types are defined in {\tt gnunet\_protocols.h}\\
672 A common way to create a message is:
673
674 \lstset{language=c}
675 \begin{lstlisting}
676 struct GNUNET_MessageHeader *msg = 
677   GNUNET_malloc(payload_size + sizeof(struct GNUNET_MessageHeader));
678 msg->size = htons(payload_size + sizeof(struct GNUNET_MessageHeader));
679 msg->type = htons(GNUNET_MY_MESSAGE_TYPE);
680 memcpy(&msg[1], &payload, payload_size);
681 // use 'msg'
682 \end{lstlisting}
683
684 \exercise{Define a message struct that includes a 32-bit
685 unsigned integer in addition to the standard GNUnet MessageHeader.
686 Add a C struct and define a fresh protocol number for your message.}
687
688
689 \subsubsection{Sending Requests to the Service}
690
691 Any client-service protocol must start with the client sending the
692 first message to the service, since services are only notified about
693 (new) clients upon receiving a the first message.
694
695 Clients can transmit messages to the service using the
696 {\tt GNUNET\_CLIENT\_notify\_transmit\_ready} API:
697 \lstset{language=c}
698 \begin{lstlisting}
699 static size_t
700 transmit_cb (void *cls, size_t size, void *buf)
701 {
702   // ...
703   if (NULL == buf) { handle_error(); return 0; }
704   GNUNET_assert (size >= msg_size);
705   memcpy (buf, my_msg, msg_size);
706   // ...
707   return msg_size;
708 }
709
710 // ...  
711 th = GNUNET_CLIENT_notify_transmit_ready (client,
712                                           msg_size,
713                                     timeout,
714                                           GNUNET_YES,
715                                           &transmit_cb, cls);
716 // ...
717 \end{lstlisting}
718
719 The client-service protocoll calls {\tt GNUNET\_CLIENT\_notify\_transmit\_ready}
720 to be notified when the client is ready to send data to the service. 
721 Besides other arguments, you have to pass the client returned 
722 from the {\tt connect} call, the message size and the callback function to 
723 call when the client is ready to send. 
724
725 Only a single transmission request can be queued per client at the
726 same time using this API.  The handle {\tt th} can be used to cancel
727 the request if necessary (for example, during shutdown).  
728
729 When {\tt transmit\_cb} is called the message is copied in the buffer provided and 
730 the number of bytes copied into the buffer is returned. {\tt transmit\_cb} 
731 could also return 0 if for some reason no message
732 could be constructed; this is not an error and the connection to the
733 service will persist in this case.
734
735 \exercise{Define a helper function to transmit a 32-bit
736 unsigned integer (as payload) to a service using some given client
737 handle.}
738
739
740 \subsubsection{Receiving Replies from the Service}
741
742 Clients can receive messages from the service using the
743 {\tt GNUNET\_CLIENT\_receive} API:
744
745 \lstset{language=c}
746 \begin{lstlisting}
747 /**
748  * Function called with messages from stats service.
749  *
750  * @param cls closure
751  * @param msg message received, NULL on timeout or fatal error
752  */
753 static void
754 receive_message (void *cls, const struct GNUNET_MessageHeader *msg)
755 {
756   struct MyArg *arg = cls;
757
758   // process 'msg'
759 }
760
761 // ... 
762   GNUNET_CLIENT_receive (client,
763                          &receive_message,
764                          arg,
765                          timeout);
766 // ...
767 \end{lstlisting}
768
769 It should be noted that this receive call only receives a single
770 message.  To receive additional messages, {\tt
771   GNUNET\_CLIENT\_receive} must be called again.
772
773 \exercise{Expand your helper function to receive a
774 response message (for example, containing just the GNUnet MessageHeader
775 without any payload).  Upon receiving the service's response, you should
776 call a callback provided to your helper function's API.  You'll need to 
777 define a new 'struct' to hold your local context (``closure'').}
778
779
780 \subsection{Writing a user interface}
781
782 Given a client library, all it takes to access a service now is to
783 combine calls to the client library with parsing command-line
784 options.
785
786 \exercise{Call your client API from your {\tt run} method
787 in your client application to send a request to the service.
788 For example, send a 32-bit integer value based on a number given
789 at the command-line to the service.}
790
791
792   
793 \section{Writing a Service}
794
795 Before you can test the client you've written so far, you'll need to also
796 implement the corresponding service.
797
798
799 \subsection{Code Placement}
800
801 New services are placed in their own subdirectory under {\tt gnunet/src}.
802 This subdirectory should contain the API implementation file {\tt SERVICE\_api.c},
803 the description of the client-service protocol {\tt SERVICE.h} and P2P protocol
804 {\tt SERVICE\_protocol.h}, the implementation of the service itself
805 {\tt gnunet-service-SERVICE.h} and several files for tests, including test code
806 and configuration files.
807
808 \subsection{Starting a Service}
809
810 The key API definitions for starting services are:
811 \lstset{language=C}
812 \begin{lstlisting}
813 typedef void (*GNUNET_SERVICE_Main) (void *cls,
814                                      struct GNUNET_SERVER_Handle *server,
815                                      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg);
816 int GNUNET_SERVICE_run (int argc,
817                         char *const *argv,
818                         const char *serviceName,
819                         enum GNUNET_SERVICE_Options opt,
820                         GNUNET_SERVICE_Main task,
821                         void *task_cls);
822 \end{lstlisting}
823
824 Here is a starting point for your main function for your service:
825
826 \lstset{language=c}
827 \begin{lstlisting}
828 static void my_main (void *cls,
829                      struct GNUNET_SERVER_Handle *server,
830                      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg)
831
832    /* do work */  
833 }
834
835 int main (int argc, char *const*argv) 
836 {
837   if (GNUNET_OK != 
838       GNUNET_SERVICE_run (argc, argv, "my", 
839                           GNUNET_SERVICE_OPTION_NONE, 
840                           &my_main, NULL);
841     return 1;
842   return 0;    
843 }
844 \end{lstlisting}
845
846 \exercise{Write a stub service that processes no messages at all
847 in your code.  Create a default configuration for it, integrate it
848 with the build system and start the service from {\tt
849   gnunet-service-arm} using {\tt gnunet-arm -i NAME}.}
850
851
852 \subsection{Receiving Requests from Clients}
853
854 Inside of the {\tt my\_main} method, a service typically registers for
855 the various message types from clients that it supports by providing
856 a handler function, the message type itself and possibly a fixed
857 message size (or 0 for variable-size messages):
858
859 \lstset{language=c}
860 \begin{lstlisting}
861 static void
862 handle_set (void *cls,
863             struct GNUNET_SERVER_Client *client,
864             const struct GNUNET_MessageHeader *message)
865 {
866   GNUNET_SERVER_receive_done (client, GNUNET_OK); 
867 }
868 static void
869 handle_get (void *cls,
870             struct GNUNET_SERVER_Client *client,
871             const struct GNUNET_MessageHeader *message)
872 {
873   GNUNET_SERVER_receive_done (client, GNUNET_OK); 
874 }
875
876 static void my_main (void *cls,
877                      struct GNUNET_SERVER_Handle *server,
878                      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg)
879
880   static const struct GNUNET_SERVER_MessageHandler handlers[] = {
881     {&handle_set, NULL, GNUNET_MESSAGE_TYPE_MYNAME_SET, 0},
882     {&handle_get, NULL, GNUNET_MESSAGE_TYPE_MYNAME_GET, 0},
883     {NULL, NULL, 0, 0}
884   };
885   GNUNET_SERVER_add_handlers (server, handlers);
886    /* do more setup work */  
887
888 \end{lstlisting}
889
890 Each handler function {\bf must} eventually (possibly in some
891 asynchronous continuation) call {\tt GNUNET\_SERVER\_receive\_done}.
892 Only after this call additional messages from the same client may
893 be processed. This way, the service can throttle processing messages
894 from the same client.  By passing {\tt GNUNET\_SYSERR}, the service
895 can close the connection to the client, indicating an error.
896
897 Services must check that client requests are well-formed and must not
898 crash on protocol violations by the clients.  Similarly, client
899 libraries must check replies from servers and should gracefully report
900 errors via their API.
901
902
903 \exercise{Change the service to ``handle'' the message from your
904 client (for now, by printing a message).  What happens if you
905 forget to call {\tt GNUNET\_SERVER\_receive\_done}?}
906
907
908 \subsection{Responding to Clients}
909
910 Servers can send messages to clients using the
911 {\tt GNUNET\_SERVER\_notify\_transmit\_ready} API:
912
913 \lstset{language=c}
914 \begin{lstlisting}
915 static size_t
916 transmit_cb (void *cls, size_t size, void *buf)
917 {
918   // ...
919   if (NULL == buf) { handle_error(); return 0; }
920   GNUNET_assert (size >= msg_size);
921   memcpy (buf, my_msg, msg_size);
922   // ...
923   return msg_size;
924 }
925
926 // ...  
927 struct GNUNET_SERVER_TransmitHandle *th;
928 th = GNUNET_SERVER_notify_transmit_ready (client,
929                                           msg_size,
930                                           timeout,
931                                           &transmit_cb, cls);
932 // ...
933 \end{lstlisting}
934
935 Only a single transmission request can be queued per client
936 at the same time using this API.
937 Additional APIs for sending messages to clients can be found
938 in the {\tt gnunet\_server\_lib.h} header.  
939
940
941 \exercise{Change the service respond to the request from your
942 client.  Make sure you handle malformed messages in both directions.}
943
944
945 \section{Interacting directly with other Peers using the CORE Service}
946
947 One of the most important services in GNUnet is the \texttt{CORE} service 
948 managing connections between peers and handling encryption between peers.
949
950 One of the first things any service that extends the P2P protocol typically does
951 is connect to the \texttt{CORE} service using:
952
953 \lstset{language=C}
954 \begin{lstlisting}
955 #include <gnunet/gnunet_core_service.h>
956
957 struct GNUNET_CORE_Handle *
958 GNUNET_CORE_connect (const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg,
959                      void *cls,
960                      GNUNET_CORE_StartupCallback init,
961                      GNUNET_CORE_ConnectEventHandler connects,
962                      GNUNET_CORE_DisconnectEventHandler disconnects,
963                      GNUNET_CORE_MessageCallback inbound_notify,
964                      int inbound_hdr_only,
965                      GNUNET_CORE_MessageCallback outbound_notify,
966                      int outbound_hdr_only,
967                      const struct GNUNET_CORE_MessageHandler *handlers);
968 \end{lstlisting}
969
970 \subsection{New P2P connections}
971
972 Before any traffic with a different peer can be exchanged, the peer must be
973 known to the service. This is notified by the \texttt{CORE} {\tt connects} callback,
974 which communicates the identity of the new peer to the service:
975
976 \lstset{language=C}
977 \begin{lstlisting}
978 void
979 connects (void *cls,
980           const struct GNUNET_PeerIdentity * peer)
981 {
982     /* Save identity for later use */
983     /* Optional: start sending messages to peer */
984 }
985 \end{lstlisting}
986
987 \exercise{Create a service that connects to the \texttt{CORE}.  Then
988 start (and connect) two peers and print a message once your connect
989 callback is invoked.}
990
991 \subsection{Receiving P2P Messages}
992
993 To receive messages from \texttt{CORE}, services register a set of handlers
994 (parameter {\tt *handlers} in the \lstinline|GNUNET_CORE_connect| call that are called by \texttt{CORE}
995 when a suitable message arrives.
996
997 \lstset{language=c}
998 \begin{lstlisting}
999 static int
1000 callback_function_for_type_one(void *cls,
1001                                const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1002                                const struct GNUNET_MessageHeader *message)
1003 {
1004     /* Do stuff */
1005     return GNUNET_OK; /* or GNUNET_SYSERR to close the connection */
1006 }
1007
1008 /**
1009  * Functions to handle messages from core
1010  */
1011 static struct GNUNET_CORE_MessageHandler core_handlers[] = {
1012   {&callback_function_for_type_one, GNUNET_MESSAGE_TYPE_MYSERVICE_TYPE_ONE, 0},
1013   /* more handlers*/
1014   {NULL, 0, 0}
1015 };
1016 \end{lstlisting}
1017
1018 \exercise{Start one peer with a new service that has a message
1019 handler and start a second peer that only has your ``old'' service
1020 without message handlers.  Which ``connect'' handlers are invoked when
1021 the two peers are connected?  Why?}
1022
1023
1024 \subsection{Sending P2P Messages}
1025
1026 In response to events (connect, disconnect, inbound messages, 
1027 timing, etc.) services can then use this API to transmit messages:
1028
1029 \lstset{language=C}
1030 \begin{lstlisting}
1031 typedef size_t 
1032 (*GNUNET_CONNECTION_TransmitReadyNotify) (void *cls,
1033                                           size_t size, 
1034                                           void *buf)
1035 {
1036     /* Fill "*buf" with up to "size" bytes, must start with GNUNET_MessageHeader */
1037     return n; /* Total size of the message put in "*buf" */
1038 }
1039
1040 struct GNUNET_CORE_TransmitHandle *
1041 GNUNET_CORE_notify_transmit_ready (struct GNUNET_CORE_Handle *handle,
1042                                    int cork, uint32_t priority,
1043                                    struct GNUNET_TIME_Relative maxdelay,
1044                                    const struct GNUNET_PeerIdentity *target,
1045                                    size_t notify_size,
1046                                    GNUNET_CONNECTION_TransmitReadyNotify notify,
1047                                    void *notify_cls);
1048 \end{lstlisting}
1049
1050 \exercise{Write a service that upon connect sends messages as
1051 fast as possible to the other peer (the other peer should run a
1052 service that ``processes'' those messages).  How fast is the
1053 transmission?  Count using the STATISTICS service on both ends.  Are
1054 messages lost? How can you transmit messages faster?  What happens if
1055 you stop the peer that is receiving your messages?}
1056
1057
1058 \subsection{End of P2P connections}
1059
1060 If a message handler returns {\tt GNUNET\_SYSERR}, the remote peer shuts down or
1061 there is an unrecoverable network disconnection, CORE notifies the service that
1062 the peer disconnected. After this notification no more messages will be received
1063 from the peer and the service is no longer allowed to send messages to the peer.
1064 The disconnect callback looks like the following:
1065
1066 \lstset{language=C}
1067 \begin{lstlisting}
1068 void
1069 disconnects (void *cls,
1070              const struct GNUNET_PeerIdentity * peer)
1071 {
1072     /* Remove peer's identity from known peers */
1073     /* Make sure no messages are sent to peer from now on */
1074 }
1075 \end{lstlisting}
1076
1077 \exercise{Fix your service to handle peer disconnects.}
1078
1079 \section{Using the DHT}
1080 The DHT allows to store data so other peers in the P2P network can
1081 access it and retrieve data stored by any peers in the network.
1082 This section will explain how to use the DHT. Of course, the first
1083 thing to do is to connect to the DHT service:
1084 \lstset{language=C}
1085 \begin{lstlisting}
1086 dht_handle = GNUNET_DHT_connect (cfg, parallel_requests);
1087 \end{lstlisting}
1088 The second parameter indicates how many requests in parallel to expect.
1089 It is not a hard limit, but a good approximation will make the DHT more
1090 efficiently.
1091
1092 \subsection{Storing data in the DHT}
1093 Since the DHT is a dynamic environment (peers join a leave frequently)
1094 the data that we put in the DHT does not stay there indefinitely. It is
1095 important to ``refresh'' the data periodically by simply storing it again,
1096 in order to make sure other peers can access it.
1097
1098 The put API call offers a callback to signal that the PUT request has been
1099 sent. This does not guarantee that the data is accessible to others peers,
1100 or even that is has been stored, only that the service has requested to
1101 a neighboring peer the retransmission of the PUT request towards its final
1102 destination. Currently there is no feedback about whether or not the data
1103 has been sucessfully stored or where it has been stored. In order to improve
1104 the availablilty of the data and to compensate for possible errors, peers leaving
1105 and other unfavorable events, just make several PUT requests!
1106
1107 \lstset{language=C}
1108 \begin{lstlisting}
1109 void
1110 message_sent_cont (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
1111 {
1112     /* Request has left local node */
1113 }
1114
1115 struct GNUNET_DHT_PutHandle *
1116 GNUNET_DHT_put (struct GNUNET_DHT_Handle *handle, 
1117                 const struct GNUNET_HashCode * key,
1118                 uint32_t desired_replication_level,
1119                 enum GNUNET_DHT_RouteOption options, /* Route options, see next call */
1120                 enum GNUNET_BLOCK_Type type, size_t size, const void *data,
1121                 struct GNUNET_TIME_Absolute exp, /* When does the data expire? */
1122                 struct GNUNET_TIME_Relative timeout,  /* How long to try to send the request */
1123                 GNUNET_DHT_PutContinuation cont,
1124                 void *cont_cls)
1125 \end{lstlisting}
1126
1127 \exercise{Store a value in the DHT periodically to make sure it is available
1128 over time. You might consider using the function GNUNET\_SCHEDULER\_add\_delayed and
1129 call GNUNET\_DHT\_put from inside a helper function.}
1130
1131
1132 \subsection{Obtaining data from the DHT}
1133 As we saw in the previous example, the DHT works in an asynchronous mode.
1134 Each request to the DHT is executed ``in the background'' and the API
1135 calls return immediately. In order to receive results from the DHT, the
1136 API provides a callback. Once started, the request runs in the service,
1137 the service will try to get as many results as possible (filtering out
1138 duplicates) until the timeout expires or we explicitly stop the request.
1139 It is possible to give a ``forever'' timeout with
1140 {\tt GNUNET\_TIME\_UNIT\_FOREVER\_REL}.
1141
1142 If we give a route option {\tt GNUNET\_DHT\_RO\_RECORD\_ROUTE} the callback
1143 will get a list of all the peers the data has travelled, both on the PUT
1144 path and on the GET path.
1145 \lstset{language=C}
1146 \begin{lstlisting}
1147 static void
1148 get_result_iterator (void *cls, struct GNUNET_TIME_Absolute expiration,
1149                      const struct GNUNET_HashCode * key,
1150                      const struct GNUNET_PeerIdentity *get_path,
1151                      unsigned int get_path_length,
1152                      const struct GNUNET_PeerIdentity *put_path,
1153                      unsigned int put_path_length,
1154                      enum GNUNET_BLOCK_Type type, size_t size, const void *data)
1155 {
1156     /* Do stuff with the data and/or route */
1157     /* Optionally: */
1158     GNUNET_DHT_get_stop (get_handle);
1159 }
1160
1161 get_handle =
1162       GNUNET_DHT_get_start (dht_handle,
1163                             block_type,
1164                             &key,
1165                             replication,
1166                             GNUNET_DHT_RO_NONE, /* Route options */
1167                             NULL, /* xquery: not used here */
1168                             0, /* xquery size */
1169                             &get_result_iterator,
1170                             cls)
1171 \end{lstlisting}
1172
1173 \exercise{Store a value in the DHT and after a while retrieve it. Show the IDs of all 
1174 the peers the requests have gone through. In order to convert a peer ID to a string, use
1175 the function GNUNET\_i2s. Pay attention to the route option parameters in both calls!}
1176
1177 \subsection{Implementing a block plugin}
1178
1179 In order to store data in the DHT, it is necessary to provide a block
1180 plugin.  The DHT uses the block plugin to ensure that only well-formed
1181 requests and replies are transmitted over the network.
1182
1183 The block plugin should be put in a file {\tt
1184   plugin\_block\_SERVICE.c} in the service's respective directory. The
1185 mandatory functions that need to be implemented for a block plugin are
1186 described in the following sections.
1187
1188 \subsubsection{Validating requests and replies}
1189
1190 The evaluate function should validate a reply or a request. It returns
1191 a {\tt GNUNET\_BLOCK\_EvaluationResult}, which is an enumeration. All
1192 possible answers are in {\tt gnunet\_block\_lib.h}.  The function will
1193 be called with a {\tt reply\_block} argument of {\tt NULL} for
1194 requests.  Note that depending on how {\tt evaluate} is called, only
1195 some of the possible return values are valid.  The specific meaning of
1196 the {\tt xquery} argument is application-specific.  Applications that
1197 do not use an extended query should check that the {\tt xquery\_size}
1198 is zero.  The Bloom filter is typically used to filter duplicate
1199 replies.
1200
1201 \lstset{language=C}
1202 \begin{lstlisting}
1203 static enum GNUNET_BLOCK_EvaluationResult
1204 block_plugin_SERVICE_evaluate (void *cls,
1205                                enum GNUNET_BLOCK_Type type,
1206                                const GNUNET_HashCode * query,
1207                                struct GNUNET_CONTAINER_BloomFilter **bf,
1208                                int32_t bf_mutator,
1209                                const void *xquery,
1210                                size_t xquery_size,
1211                                const void *reply_block,
1212                                size_t reply_block_size)
1213 {
1214   /* Verify type, block and bloomfilter */
1215 }
1216 \end{lstlisting}
1217
1218 Note that it is mandatory to detect duplicate replies in this 
1219 function and return the respective status code.  Duplicate 
1220 detection should be done by setting the respective bits in
1221 the Bloom filter {\tt bf}.  Failure to do so may cause replies
1222 to circle in the network.
1223
1224 \subsubsection{Deriving a key from a reply}
1225
1226 The DHT can operate more efficiently if it is possible to derive a key
1227 from the value of the corresponding block.  The {\tt get\_key}
1228 function is used to obtain the key of a block --- for example, by
1229 means of hashing.  If deriving the key is not possible, the function
1230 should simply return {\tt GNUNET\_SYSERR} (the DHT will still work
1231 just fine with such blocks).
1232
1233 \lstset{language=C}
1234 \begin{lstlisting}
1235 static int
1236 block_plugin_SERVICE_get_key (void *cls, enum GNUNET_BLOCK_Type type,
1237                               const void *block, size_t block_size,
1238                               GNUNET_HashCode * key)
1239 {
1240     /* Store the key in the key argument, return GNUNET_OK on success. */
1241 }
1242 \end{lstlisting}
1243
1244 \subsubsection{Initialization of the plugin}
1245
1246 The plugin is realized as a shared C library.  The library must export
1247 an initialization function which should initialize the plugin.  The
1248 initialization function specifies what block types the plugin cares
1249 about and returns a struct with the functions that are to be used for
1250 validation and obtaining keys (the ones just defined above).
1251
1252 \lstset{language=C}
1253 \begin{lstlisting}
1254 void *
1255 libgnunet_plugin_block_SERVICE_init (void *cls)
1256 {
1257   static enum GNUNET_BLOCK_Type types[] =
1258   {
1259     GNUNET_BLOCK_TYPE_SERVICE_BLOCKYPE, /* list of blocks we care about, from gnunet_block_lib.h */
1260     GNUNET_BLOCK_TYPE_ANY       /* end of list */
1261   };
1262   struct GNUNET_BLOCK_PluginFunctions *api;
1263
1264   api = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_BLOCK_PluginFunctions));
1265   api->evaluate = &block_plugin_SERICE_evaluate;
1266   api->get_key = &block_plugin_SERVICE_get_key;
1267   api->types = types;
1268   return api;
1269 }
1270 \end{lstlisting}
1271
1272 \subsubsection{Shutdown of the plugin}
1273
1274 Following GNUnet's general plugin API concept, the plugin must 
1275 export a second function for cleaning up.  It usually does very
1276 little.
1277
1278 \lstset{language=C}
1279 \begin{lstlisting}
1280 void *
1281 libgnunet_plugin_block_SERVICE_done (void *cls)
1282 {
1283   struct GNUNET_TRANSPORT_PluginFunctions *api = cls;
1284
1285   GNUNET_free (api);
1286   return NULL;
1287 }
1288 \end{lstlisting}
1289
1290
1291 \subsubsection{Integration of the plugin with the build system}
1292
1293 In order to compile the plugin, the {\tt Makefile.am} file for the
1294 service should contain a rule similar to this:
1295
1296 \lstset{language=make}
1297 \begin{lstlisting}
1298 plugin_LTLIBRARIES = \
1299   libgnunet_plugin_block_SERVICE.la
1300 libgnunet_plugin_block_SERVICE_la_SOURCES = \
1301   plugin_block_SERVICE.c
1302 libgnunet_plugin_block_SERVICE_la_LIBADD = \
1303   $(top_builddir)/src/hello/libgnunethello.la \
1304   $(top_builddir)/src/block/libgnunetblock.la \
1305   $(top_builddir)/src/util/libgnunetutil.la
1306 libgnunet_plugin_block_SERVICE_la_LDFLAGS = \
1307  $(GN_PLUGIN_LDFLAGS)
1308 libgnunet_plugin_block_SERVICE_la_DEPENDENCIES = \
1309   $(top_builddir)/src/block/libgnunetblock.la
1310 \end{lstlisting}
1311 % $
1312
1313
1314 \exercise{Write a block plugin that accepts all queries
1315 and all replies but prints information about queries and replies
1316 when the respective validation hooks are called.}
1317
1318
1319
1320 \subsection{Monitoring the DHT}
1321 It is possible to monitor the functioning of the local DHT service. When monitoring
1322 the DHT, the service will alert the monitoring program of any events,
1323 both started locally or received for routing from another peer. The are three different
1324 types of events possible: a GET request, a PUT request or a response (a reply to
1325 a GET).
1326
1327 Since the different events have different associated data, the API gets 3
1328 different callbacks (one for each message type) and optional type and key parameters,
1329 to allow for filtering of messages. When an event happens, the appropiate callback
1330 is called with all the information about the event.
1331 \lstset{language=C}
1332 \begin{lstlisting}
1333 void
1334 get_callback (void *cls,
1335               enum GNUNET_DHT_RouteOption options,
1336               enum GNUNET_BLOCK_Type type,
1337               uint32_t hop_count,
1338               uint32_t desired_replication_level,
1339               unsigned int path_length,
1340               const struct GNUNET_PeerIdentity *path,
1341               const struct GNUNET_HashCode * key)
1342 {
1343 }
1344
1345 void
1346 get_resp_callback (void *cls,
1347                    enum GNUNET_BLOCK_Type type,
1348                    const struct GNUNET_PeerIdentity *get_path,
1349                    unsigned int get_path_length,
1350                    const struct GNUNET_PeerIdentity *put_path,
1351                    unsigned int put_path_length,
1352                    struct GNUNET_TIME_Absolute exp,
1353                    const struct GNUNET_HashCode * key,
1354                    const void *data,
1355                    size_t size)
1356 {
1357 }
1358
1359 void
1360 put_callback (void *cls,
1361               enum GNUNET_DHT_RouteOption options,
1362               enum GNUNET_BLOCK_Type type,
1363               uint32_t hop_count,
1364               uint32_t desired_replication_level,
1365               unsigned int path_length,
1366               const struct GNUNET_PeerIdentity *path,
1367               struct GNUNET_TIME_Absolute exp,
1368               const struct GNUNET_HashCode * key,
1369               const void *data,
1370               size_t size)
1371 {
1372 }
1373
1374 monitor_handle = GNUNET_DHT_monitor_start (dht_handle,
1375                                            block_type, /* GNUNET_BLOCK_TYPE_ANY for all */
1376                                            key, /* NULL for all */
1377                                            &get_callback,
1378                                            &get_resp_callback,
1379                                            &put_callback,
1380                                            cls);
1381 \end{lstlisting}
1382
1383
1384 \section{Debugging with {\tt gnunet-arm}}
1385
1386 Even if services are managed by {\tt gnunet-arm}, you can start them with 
1387 {\tt gdb} or {\tt valgrind}.  For example, you could add the following lines
1388 to your configuration file to start the DHT service in a {\tt gdb} session in a
1389 fresh {\tt xterm}:
1390
1391 \begin{verbatim}
1392 [dht]
1393 PREFIX=xterm -e gdb --args
1394 \end{verbatim}
1395
1396 Alternatively, you can stop a service that was started via ARM and run it manually:
1397
1398 \lstset{language=bash}
1399 \begin{lstlisting}
1400 $ gnunet-arm -k dht
1401 $ gdb --args gnunet-service-dht -L DEBUG 
1402 $ valgrind gnunet-service-dht -L DEBUG 
1403 \end{lstlisting}
1404 % $
1405
1406 Assuming other services are well-written, they will automatically re-integrate the
1407 restarted service with the peer.
1408
1409 GNUnet provides a powerful logging mechanism providing log levels \texttt{ERROR}, 
1410 \texttt{WARNING}, \texttt{INFO} and \texttt{DEBUG}. The current log level is 
1411 configured using the \lstinline|$GNUNET_FORCE_LOG| environmental variable.
1412 The \texttt{DEBUG} level is only available if \lstinline|--enable-logging=verbose| was used when 
1413 running \texttt{configure}. More details about logging can be found under 
1414 \url{https://gnunet.org/logging}.
1415
1416 You should also probably enable the creation of core files, by setting
1417 {\tt ulimit}, and echo'ing 1 into {\tt /proc/sys/kernel/core\_uses\_pid}.
1418 Then you can investigate the core dumps with {\tt gdb}, which is often
1419 the fastest method to find simple errors.
1420
1421 \exercise{Add a memory leak to your service and obtain a trace
1422 pointing to the leak using {\tt valgrind} while running the service
1423 from {\tt gnunet-service-arm}.}
1424
1425
1426 \end{document}