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KeyDB專案是從redis fork出來的分支。眾所周知redis是一個單執行緒的kv記憶體儲存系統,而KeyDB在100%相容redis API的情況下將redis改造成多執行緒。

執行緒模型

KeyDB將redis原來的主執行緒拆分成了主執行緒和worker執行緒。每個worker執行緒都是io執行緒,負責監聽埠,accept請求,讀取資料和解析協議。如圖所示:

KeyDB使用了SO_REUSEPORT特性,多個執行緒可以繫結監聽同個埠。

每個worker執行緒做了cpu綁核,讀取資料也使用了SO_INCOMING_CPU特性,指定cpu接收資料。

解析協議之後每個執行緒都會去操作記憶體中的資料,由一把全域性鎖來控制多執行緒訪問記憶體資料。

主執行緒其實也是一個worker執行緒,包括了worker執行緒的工作內容,同時也包括只有主執行緒才可以完成的工作內容。在worker執行緒陣列中下標為0的就是主執行緒。

主執行緒的主要工作在實現serverCron,包括:

處理統計客戶端連結管理db資料的resize和reshard處理aofreplication主備同步cluster模式下的任務連結管理

在redis中所有連結管理都是在一個執行緒中完成的。在KeyDB的設計中,每個worker執行緒負責一組連結,所有的連結插入到本執行緒的連結列表中維護。連結的產生、工作、銷燬必須在同個執行緒中。每個連結新增一個欄位

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

用來表示連結屬於哪個執行緒接管。

KeyDB維護了三個關鍵的資料結構做連結管理:

clients_pending_write:執行緒專屬的連結串列,維護同步給客戶連結傳送資料的佇列clients_pending_asyncwrite:執行緒專屬的連結串列,維護非同步給客戶連結傳送資料的佇列clients_to_close:全域性連結串列,維護需要非同步關閉的客戶連結

分成同步和非同步兩個佇列,是因為redis有些聯動api,比如pub/sub,pub之後需要給sub的客戶端傳送訊息,pub執行的執行緒和sub的客戶端所線上程不是同一個執行緒,為了處理這種情況,KeyDB將需要給非本執行緒的客戶端傳送資料維護在非同步佇列中。

同步傳送的邏輯比較簡單,都是在本執行緒中完成,以下圖來說明如何同步給客戶端傳送資料:

如上文所提到的,一個連結的建立、接收資料、傳送資料、釋放連結都必須在同個執行緒執行。非同步傳送涉及到兩個執行緒之間的互動。KeyDB通過管道在兩個執行緒中傳遞訊息:

int fdCmdWrite; //寫管道int fdCmdRead; //讀管道

本地執行緒需要非同步傳送資料時,先檢查client是否屬於本地執行緒,非本地執行緒獲取到client專屬的執行緒ID,之後給專屬的執行緒管到傳送AE_ASYNC_OP::CreateFileEvent的操作,要求新增寫socket事件。專屬執行緒在處理管道訊息時將對應的請求新增到寫事件中,如圖所示:

redis有些關閉客戶端的請求並非完全是在連結所在的執行緒執行關閉,所以在這裡維護了一個全域性的非同步關閉連結串列。

鎖機制

KeyDB實現了一套類似spinlock的鎖機制,稱之為fastlock。

fastlock的主要資料結構有:

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; //當前解鎖的執行緒id volatile int m_depth; //當前執行緒重複加鎖的次數};

使用原子操作__atomic_load_2,__atomic_fetch_add,__atomic_compare_exchange來通過比較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次忙等後使用sched_yield 主動交出cpu,挪到cpu的任務末尾等待執行。

在KeyDB中將try_lock和事件結合起來,來避免忙等的情況發生。每個客戶端有一個專屬的lock,在讀取客戶端資料之前會先嚐試加鎖,如果失敗,則退出,因為資料還未讀取,所以在下個epoll_wait處理事件迴圈中可以再次處理。

Active-Replica

KeyDB實現了多活的機制,每個replica可設定成可寫非只讀,replica之間互相同步資料。主要特性有:

每個replica有個uuid標誌,用來去除環形複製新增加rreplay API,將增量命令打包成rreplay命令,帶上本地的uuidkey,value加上時間戳版本號,作為衝突校驗,如果本地有相同的key且時間戳版本號大於同步過來的資料,新寫入失敗。採用當前時間戳向左移20位,再加上後44位自增的方式來獲取key的時間戳版本號。

轉自:https://my.oschina.net/yunqi/blog/3062022

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