单机数据库

一：服务器中的数据库
1.1: 数据结构
redisserver:

image.png

redisdb

image.png

1.2 图示

image.png image.png

1.3 特性
redis服务器所有的数据库都保存在数据库结构redisserver.db中，可使用use dbnum 切换

image.png

数据库主要由dict和expires两个字典组成，其中dict用于保存键值对，expires用于保存键的过期时间。
可为数据库键设置生存时间或过期时间，键的redis过期键删除策略采用：惰性删除和定期删除两种策略。
客户端通过订阅，可以获知数据库中键的变化，以及数据库中命令的执行情况。

二：rdb持久化
数据库状态：服务器中非空数据库以及它们的键值对统称为数据库状态。
rdb持久化将内存中的redis状态，记录到rdb文件中，保存在磁盘上。
相关命令：save、bgsave
由于aof文件的更新频率通常比rdb文件的更新频率高，所以aof文件优先被加载。

image.png

服务器在载入rdb文件期间，会一直处于阻塞状态，知道载入工作完成为止。

三：aof持久化
aof保存写命令来记录数据库状态。

image.png
image.png

载入：

image.png

四：事件
redis服务器通过套接字与客户端进行连接。
redis服务器是一个事件驱动程序，服务器处理的事件分为时间事件和文件事件两类。
文件事件处理器是基于reactor模式模式实现的网络通信程序
文件事件是对套接字对抽象：每次套接字变为可应答，可写，或可读时，相应的文件事件就会产生。
文件事件分为ae_readable ae_writable两类
时间事件分为定时事件和周期性事件两类
服务器在一般情况下只执行servercron函数一个时间事件，并且这个事件是周期性事件
文件事件和时间事件之间是合作关系，服务器会轮流处理这两种事件，并且处理事件的过程中也不会进行抢占。
时间事件的实际处理时间通常会比设定的到达时间晚一点。

五：客户端

5.1 数据结构
redisserver

image.png
image.png

redisclient数据结构

    struct client {
        int fd;
        sds querybuf;
        int argc;
        robj **argv;
        redisDb *db;
        int flags;
        list *reply;
        char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES];
        ... many other fields ...
    }

5.2 字段解释
redisserver:
clients: 客户端信息列表

client::
fd：客户端正在使用的套接字描述符
flags：客户端的角色，以及客户端所处的状态
querybuf: 输入缓冲区，保存客户端发送的命令请求
argv: 字符串数组，argv[0]存储要执行的命令，之后是参数
argc: argv数组的长度
cmd: 指针，指向rediscommand结构
buf，bufpos: 输出缓冲区，固定大小。buf是一个字节数组，bufpos属性记录目前已经使用的字节数量。
reply: 输出缓冲区、可变大小。
quthenticated: 记录客户端是否通过了身份验证
ctime：创建客户端的时间
lastinteraction：客户端与服务器最后一次进行互动的时间
cbuf_soft_limit-reached_time：客户端的空转时间
5.3 图示

image.png
image.png
image.png
image.png

六：服务器
1: 命令请求的执行过程（set key value)
1.1客户端向服务器发送命令请求 "set key value"
1.2服务器接受并处理客户端发来的请求“set key value”，在数据库中进行设置操作，并产生命令返回ok
1.3 服务器将命令回复ok发送给客户端
1.4 客户端接受服务器返回的命令回复ok，并将这个回复打印给用户观看。

2: 各步骤细节
2.1 发送命令请求
客户端将命令转化成协议格式，然后通过连接到服务器的套接字，将协议格式的命令请求发送给服务器。

image.png

2.2 读取命令请求
读取套接字中协议格式的命令请求，并将其保存到客户端状态的输入缓冲区里面。
对输入缓冲区的命令请求进行分析，提取出命令请求中包含的命令参数，以及命令参数的个数，然后分别将参数和参数个数保存到客户端状态的argv,argc。
调用命令执行器，执行客户端指定的命令。

image.png
2.3 查找命令实现
命令表是一个字典：
字典的key是命令的名字，如set,get,del
字典的值是一个个rediscommand结构，每个rediscommand结构记录了一个redis命令的实现信息。
image.png
image.png
image.png

将client的cmd属性指向rediscommand结构。
2.4 执行预备操作
检查参数是否合法，是否通过了身份验证等
2.5 client->cmd->proc(client)

image.png
2.6 执行后续工作
2.7 将命令回复发送给客户端。

3: servercron函数： 每100毫秒执行一次，他的工作主要包括更新服务器状态信息，处理服务器接受的sigterm信号，管理客户端资源和数据库状态，检查并执行持久化操作等等。

4：服务器从启动到能够处理客户端的命令请求需要执行以下步骤：
初始化服务器状态
载入服务器配置
初始化服务器数据结构
还原数据库状态
执行事件循环

参考： 《redis设计与实现》