初始化服务器

从启动 Redis 服务器,到服务器可以接受外来客户端的网络连接这段时间,Redis 需要执行一系列初始化操作。
整个初始化过程可以分为以下六个步骤:
  •  初始化服务器全局状态。
  •  载入配置文件。
  •  创建 daemon 进程。
  •  初始化服务器功能模块。
  •  载入数据。
  •  开始事件循环
 
初始化服务器全局状态
 
redis.h/redisServer结构记录了和服务器相关的所有数据,这个结构主要包含以下信息:
  • 服务器中的所有数据库。
  • 命令表:
    • 在执行命令时,根据字符来查找相应命令的实现函数。
  • 事件状态。
  • 服务器的网络连接信息:
    • 套接字地址
    • 端口,以及套接字描述符。
  • 所有已连接客户端的信息。
  • Lua脚本的运行环境及相关选项。
  • 实现订阅与发布(pub/sub)功能所需的数据结构。
  • 日志(log)和慢查询日志(slowlog)的选项和相关信息。
  • 数据持久化(AOF和RDB)的配置和状态。
  • 服务器配置选项:
    • 比如要创建多少个数据库,
    • 是否将服务器进程作为daemon进程来运行,
    • 最大连接多少个客户端,
    • 压缩结构(zip structure)的实体数量,等等。
  • 统计信息:比如键有多少次命令、不命中,服务器的运行时间,内存占用,等等。
 
上述过程只包含=Redis服务器单机信息,不包含sentinel,cluster等功能。
当 server 变量的初始化完成之后,程序进入服务器初始化的下一步:读入配置文件。
 
载入配置文件
 
在初始化服务器的上一步中,程序为server变量(也即是服务器状态)的各个属性设置了默
认值,但这些默认值有时候并不是最合适的:
  • 用户可能想使用 AOF 持久化,而不是默认的 RDB 持久化。
  • 用户可能想用其他端口来运行Redis,以避免端口冲突。
  • 用户可能不想使用默认的16个数据库,而是分配更多或更少数量的数据库。
  • 用户可能想对默认的内存限制措施和回收策略做调整。
 
创建daemon进程
 
Redis默认以daemon进程的方式运行。
当服务器初始化进行到这一步时,程序将创建 daemon 进程来运行 Redis ,并创建相应的 pid文件。
 
初始化服务器功能模块
 
在这一步,初始化程序完成两件事:
  • 为server变量的数据结构子属性分配内存。
    • 为数据结构分配内存,并初始化这些数据结构,等同于对相应的功能进行初始化
    • 比如说,当为订阅与发布所需的链表分配内存之后,订阅与发布功能就处于就绪状态,随时可以为 Redis 所用了。
  • 初始化这些数据结构。
 
在这一步,程序完成的主要动作如下:
  • 初始化 Redis 进程的信号功能。
  • 初始化日志功能。
  • 初始化客户端功能。
  • 初始化共享对象。
  • 初始化事件功能。
  • 初始化数据库。
  • 初始化网络连接。
  • 初始化订阅与发布功能。
  • 初始化各个统计变量。
  • 关联服务器常规操作(cron job)到时间事件,关联客户端应答处理器到文件事件。
  • 如果AOF功能已打开,那么打开或创建AOF文件。
  • 设置内存限制。
  • 初始化Lua脚本环境。
  • 初始化慢查询功能。
  • 初始化后台操作线程。
 
完成这一步之后,服务器打印出 Redis 的 ASCII LOGO 、服务器版本等信息,表示所有功能
模块已经就绪,可以等待被使用了:
虽然所有功能已经就绪,但这时服务器的数据库还是一片空白,程序还需要将服务器上一次执
行时记录的数据载入到当前服务器中,服务器的初始化才算真正完成。
 
载入数据
在这一步,程序需要将持久化在 RDB 或者 AOF 文件里的数据,载入到服务器进程里面。
 
如果服务器有启用AOF功能的话,那么使用AOF文件来还原数据;
否则,程序使用RDB文件来还原数据。
 
当执行完这一步时,服务器打印出一段载入完成信息:
[6717] 22 Feb 11:59:14.830 * DB loaded from disk: 0.068 seconds
 
开始事件循环
到了这一步,服务器的初始化已经完成,程序打开事件循环,开始接受客户端连接。
 
以下是初始化完成之后,服务器状态和各个模块之间的关系图:
 
客户端连接到服务器

当 Redis 服务器完成初始化之后,它就准备好可以接受外来客户端的连接了。
 
当一个客户端通过套接字函数 connect 到服务器时,服务器执行以下步骤:
 
  • 服务器通过文件事件无阻塞地 accept 客户端连接,并返回一个套接字描述符 fd 。
  • 服务器为 fd 创建一个对应的 redis.h/redisClient 结构实例,并将该实例加入到服务器的已连接客户端的链表中。
  • 服务器在事件处理器为该 fd 关联读文件事件。
 
完成这三步之后,服务器就可以等待客户端发来命令请求了。
 
Redis 以多路复用的方式来处理多个客户端,为了让多个客户端之间独立分开、不互相干扰,
服务器为每个已连接客户端维持一个 redisClient 结构,从而单独保存该客户端的状态信息。
 
redisClient 结构主要包含以下信息:
  • 套接字描述符。
  • 客户端正在使用的数据库指针和数据库号码。
  • 客户端的查询缓存( query buffer)和回复缓存( reply buffer)。
  • 一个指向命令函数的指针,以及字符串形式的命令、命令参数和命令个数,这些属性会在命令执行时使用。
  • 客户端状态:
    • 记录了客户端是否处于
    • SLAVE 
    • MONITOR
    • 或者事务状态。
  • 实现事务功能(比如 MULTI 和 WATCH)所需的数据结构。
  • 实现阻塞功能(比如 BLPOP 和 BRPOPLPUSH)所需的数据结构。
  • 实现订阅与发布功能(比如PUBLISH和SUBSCRIBE)所需的数据结构。
  • 统计数据和选项:客户端创建的时间,客户端和服务器最后交互的时间,缓存的大小,等等。
 
注意:上面列出的客户端结构信息不包含复制相关属性;
 
命令的请求,处理和结果返回
当客户端连上服务器之后,客户端就可以向服务器发送命令请求了。
从客户端发送命令请求,到命令被服务器处理、并将结果返回客户端,整个过程有以下步骤:
  • 客户端通过套接字向服务器传送命令协议数据。
  • 服务器通过读事件来处理传入数据,并将数据保存在客户端对应 redisClient 结构的查询缓存中。
  • 根据客户端查询缓存中的内容,程序从命令表中查找相应命令的实现函数。
  • 程序执行命令的实现函数,修改服务器的全局状态 server 变量,并将命令的执行结果保存到客户端 redisClient 结构的回复缓存中,然后为该客户端的 fd 关联写事件。
  • 当客户端 fd 的写事件就绪时,将回复缓存中的命令结果传回给客户端。至此,命令执行完毕。
 
 
命令请求实例:set 的执行过程
假设现在客户端 C1 是连接到服务器 S 的一个客户端;
当用户执行命令 SET YEAR 2013 时 过程:
 
  • 客户端调用写入函数,将协议内容 写入连接到服务器的套接字中。
    • 协议内容:*3\r\n$3\r\nSET\r\n$4\r\nYEAR\r\n$4\r\n2013\r\n"
  • 当S的文件事件处理器执行时, 它会察觉到 C1 所对应的读事件已经就绪,于是它将协议文本读入,并保存在查询缓存。
  • 通过对查询缓存进行分析( parse)
    • 服务器在命令表中查找 SET 字符串所对应的命令实现函数,最终定位到 t_string.c/setCommand 函数,
    • 另外,两个命令参数 YEAR 和 2013 也会以字符串的形式保存在客户端结构中。
  • 接着,程序将客户端、要执行的命令、命令参数等送入命令执行器:
    • 执行器调用 setCommand函数,将数据库中 YEAR 键的值修改为 2013
    • 然后将命令的执行结果保存在客户端的回复缓存中
    • 并为客户端 fd 关联写事件,用于将结果回写给客户端
    • 因为 YEAR 键的修改,其他和数据库命名空间相关程序
      • 比如 AOF 、 REPLICATION 还有事务安全性检查(是否修改了被 WATCH 监视的键?)也会被触发
  • 当这些后续程序也执行完毕之后,命令执行器退出,服务器其他程序(比如时间事件处理器)继续运行。
  • 当 C1 对应的写事件就绪时,程序就会将保存在客户端结构回复缓存中的数据回写给客户端
  • 当客户端接收到数据之后,它就将结果打印出来,显示给用户看
 
小结
• 服务器经过初始化之后,才能开始接受命令。
• 服务器初始化可以分为六个步骤:
  1. 初始化服务器全局状态。
  2. 载入配置文件。
  3. 创建 daemon 进程。
  4. 初始化服务器功能模块。
  5. 载入数据。
  6. 开始事件循环。
• 服务器为每个已连接的客户端维持一个客户端结构,这个结构保存了这个客户端的所有
状态信息。
• 客户端向服务器发送命令,服务器接受命令然后将命令传给命令执行器,执行器执行给
定命令的实现函数,执行完成之后,将结果保存在缓存,最后回传给客户端。

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