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線(xiàn)程模型

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KeyDB將redis原來(lái)的主線(xiàn)程拆分成了主線(xiàn)程和worker線(xiàn)程。每個(gè)worker線(xiàn)程都是io線(xiàn)程，負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)端口，accept請(qǐng)求，讀取數(shù)據(jù)和解析協(xié)議。如圖所示：

KeyDB使用了SO_REUSEPORT特性，多個(gè)線(xiàn)程可以綁定監(jiān)聽(tīng)同個(gè)端口。

每個(gè)worker線(xiàn)程做了cpu綁核，讀取數(shù)據(jù)也使用了SO_INCOMING_CPU特性，指定cpu接收數(shù)據(jù)。

解析協(xié)議之后每個(gè)線(xiàn)程都會(huì)去操作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，由一把全局鎖來(lái)控制多線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存數(shù)據(jù)。

主線(xiàn)程其實(shí)也是一個(gè)worker線(xiàn)程，包括了worker線(xiàn)程的工作內(nèi)容，同時(shí)也包括只有主線(xiàn)程才可以完成的工作內(nèi)容。在worker線(xiàn)程數(shù)組中下標(biāo)為0的就是主線(xiàn)程。

主線(xiàn)程的主要工作在實(shí)現(xiàn)serverCron，包括：

• 處理統(tǒng)計(jì)

• 客戶(hù)端鏈接管理

• db數(shù)據(jù)的resize和reshard

• 處理aof

• replication主備同步

• cluster模式下的任務(wù)

鏈接管理

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在Redis中所有鏈接管理都是在一個(gè)線(xiàn)程中完成的。在KeyDB的設(shè)計(jì)中，每個(gè)worker線(xiàn)程負(fù)責(zé)一組鏈接，所有的鏈接插入到本線(xiàn)程的鏈接列表中維護(hù)。鏈接的產(chǎn)生、工作、銷(xiāo)毀必須在同個(gè)線(xiàn)程中。每個(gè)鏈接新增一個(gè)字段

int iel; /* the event loop index we're registered with */

用來(lái)表示鏈接屬于哪個(gè)線(xiàn)程接管。

KeyDB維護(hù)了三個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做鏈接管理：

• clients_pending_write：線(xiàn)程專(zhuān)屬的鏈表，維護(hù)同步給客戶(hù)鏈接發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列

• clients_pending_asyncwrite：線(xiàn)程專(zhuān)屬的鏈表，維護(hù)異步給客戶(hù)鏈接發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列

• clients_to_close：全局鏈表，維護(hù)需要異步關(guān)閉的客戶(hù)鏈接

分成同步和異步兩個(gè)隊(duì)列，是因?yàn)閞edis有些聯(lián)動(dòng)api，比如pub/sub，pub之后需要給sub的客戶(hù)端發(fā)送消息，pub執(zhí)行的線(xiàn)程和sub的客戶(hù)端所在線(xiàn)程不是同一個(gè)線(xiàn)程，為了處理這種情況，KeyDB將需要給非本線(xiàn)程的客戶(hù)端發(fā)送數(shù)據(jù)維護(hù)在異步隊(duì)列中。

同步發(fā)送的邏輯比較簡(jiǎn)單，都是在本線(xiàn)程中完成，以下圖來(lái)說(shuō)明如何同步給客戶(hù)端發(fā)送數(shù)據(jù)：

如上文所提到的，一個(gè)鏈接的創(chuàng)建、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、釋放鏈接都必須在同個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行。異步發(fā)送涉及到兩個(gè)線(xiàn)程之間的交互。KeyDB通過(guò)管道在兩個(gè)線(xiàn)程中傳遞消息：

int fdCmdWrite; //寫(xiě)管道

int fdCmdRead; //讀管道

本地線(xiàn)程需要異步發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先檢查client是否屬于本地線(xiàn)程，非本地線(xiàn)程獲取到client專(zhuān)屬的線(xiàn)程ID，之后給專(zhuān)屬的線(xiàn)程管到發(fā)送AE_ASYNC_OP::CreateFileEvent的操作，要求添加寫(xiě)socket事件。專(zhuān)屬線(xiàn)程在處理管道消息時(shí)將對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求添加到寫(xiě)事件中，如圖所示：

Redis有些關(guān)閉客戶(hù)端的請(qǐng)求并非完全是在鏈接所在的線(xiàn)程執(zhí)行關(guān)閉，所以在這里維護(hù)了一個(gè)全局的異步關(guān)閉鏈表。

鎖機(jī)制

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KeyDB實(shí)現(xiàn)了一套類(lèi)似spinlock的鎖機(jī)制，稱(chēng)之為fastlock。

fastlock的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：

struct ticket

{

 uint16_t m_active; //解鎖+1

 uint16_t m_avail; //加鎖+1

};

struct fastlock

{

 volatile struct ticket m_ticket;

 volatile int m_pidOwner; //當(dāng)前解鎖的線(xiàn)程id

 volatile int m_depth; //當(dāng)前線(xiàn)程重復(fù)加鎖的次數(shù)

};

使用原子操作__atomic_load_2，__atomic_fetch_add，__atomic_compare_exchange來(lái)通過(guò)比較m_active=m_avail判斷是否可以獲取鎖。

fastlock提供了兩種獲取鎖的方式：

• try_lock：一次獲取失敗，直接返回

• lock：忙等，每1024 * 1024次忙等后使用sched_yield 主動(dòng)交出cpu，挪到cpu的任務(wù)末尾等待執(zhí)行。

在KeyDB中將try_lock和事件結(jié)合起來(lái)，來(lái)避免忙等的情況發(fā)生。每個(gè)客戶(hù)端有一個(gè)專(zhuān)屬的lock，在讀取客戶(hù)端數(shù)據(jù)之前會(huì)先嘗試加鎖，如果失敗，則退出，因?yàn)閿?shù)據(jù)還未讀取，所以在下個(gè)epoll_wait處理事件循環(huán)中可以再次處理。

Active-Replica

KeyDB實(shí)現(xiàn)了多活的機(jī)制，每個(gè)replica可設(shè)置成可寫(xiě)非只讀，replica之間互相同步數(shù)據(jù)。主要特性有：

• 每個(gè)replica有個(gè)uuid標(biāo)志，用來(lái)去除環(huán)形復(fù)制

• 新增加rreplay API，將增量命令打包成rreplay命令，帶上本地的uuid

• key，value加上時(shí)間戳版本號(hào)，作為沖突校驗(yàn)，如果本地有相同的key且時(shí)間戳版本號(hào)大于同步過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，新寫(xiě)入失敗。采用當(dāng)前時(shí)間戳向左移20位，再加上后44位自增的方式來(lái)獲取key的時(shí)間戳版本號(hào)。

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網(wǎng)站欄目：KeyDB線(xiàn)程模型是怎樣的
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