【Redis源码剖析】 - Redis IO操作之rio
2016-05-17 10:37
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Reids内部封装了一个I/O层,称之为rio。今天我们就来简单介绍一下rio模块的具体实现。
本文主要涉及rio.h和rio.c两个文件。
我们可以看到rio结构体主要包含以下三方面内容:
读写操作、获取偏移量操作等相关的回调函数。rio可以处理buffer、file、socket三种不同类型的I/O对象,不同的rio对象底层使用相应的系统调用完成read、write、tell、flush操作。比如,对于file rio对象,底层通过fwrite函数完成写操作,通过fread函数完成读操作(具体见源码)。
校验和操作。rio使用了RCR64算法计算校验和,具体实现可以参看crc64.h和crc64.c文件。
IO变量。_rio中的io成员是一个联合体,针对不同的I/O情况进行不同的处理:当执行内存buffer的I/O操作时,使用rio.buffer结构体;当执行文件I/O操作时,使用rio.file结构体;当执行socket的I/O操作时,使用rio.fdset结构体。
介绍完rio结构体后,我们来看看buffer rio对象的实现(file rio对象和socket rio对象的现实大家可以参考注释版源码,这里就不一一讲解)。
buffer的写操作实际上就是将数据存入r->io.buffer中,由
buffer的写操作实际上就是将数据从r->io.buffer中读出,由
buffer的tell操作和flush操作如下:
根据上面定义的函数,我们就可以创建buffer rio对象:
执行rio的写操作:
执行rio的读操作:
执行rio的tell操作:
执行rio的flush操作:
从上面四个函数的实现中可以看出它们都是调用rio对象内部的回调函数来执行执行相应的write、read、tell、flush操作的,这些回调函数具体完成的操作又跟rio对象是buffer rio对象还是file rio对象,亦或是socket rio对象有关。
Redis中的rio模块对系统I/O函数进行封装。在Redis内部实现中,RDB、AOF等都使用该模块的功能,所以这里简要介绍了rio模块的实现原理。
源码见:
rio.h:https://github.com/xiejingfa/the-annotated-redis-3.0/blob/master/rio.h
rio.c:https://github.com/xiejingfa/the-annotated-redis-3.0/blob/master/rio.c
Reids内部封装了一个I/O层,称之为rio。今天我们就来简单介绍一下rio模块的具体实现。
本文主要涉及rio.h和rio.c两个文件。
1、rio结构体
关于文件读写操作和buffer的操作主要基于rio对象进行操作,我们先来看看rio结构体的定义,如下:/* 系统IO操作的封装 */ struct _rio { /* Backend functions. * Since this functions do not tolerate short writes or reads the return * value is simplified to: zero on error, non zero on complete success. */ /* 后端方法:函数的返回值为0表示发生错误,返回值为非0表示操作成功。 */ // 数据流读操作 size_t (*read)(struct _rio *, void *buf, size_t len); // 数据流写操作 size_t (*write)(struct _rio *, const void *buf, size_t len); // 读或写操作的当前偏移量 off_t (*tell)(struct _rio *); // flush操作 int (*flush)(struct _rio *); /* The update_cksum method if not NULL is used to compute the checksum of * all the data that was read or written so far. The method should be * designed so that can be called with the current checksum, and the buf * and len fields pointing to the new block of data to add to the checksum * computation. */ // 更新校验和 void (*update_cksum)(struct _rio *, const void *buf, size_t len); /* The current checksum */ // 当前校验和 uint64_t cksum; /* number of bytes read or written */ // 已读或已写的字节数 size_t processed_bytes; /* maximum single read or write chunk size */ // 每次读或写操作的最大字节数 size_t max_processing_chunk; /* Backend-specific vars. */ // io变量 union { /* In-memory buffer target. */ // 内存缓冲区buffer结构体 struct { // buffer中的内容,实际就是char数组 sds ptr; // 偏移量 off_t pos; } buffer; /* Stdio file pointer target. */ // 文件结构体 struct { // 打开的文件句柄 FILE *fp; // 最后一个fsync后写入的字节数 off_t buffered; /* Bytes written since last fsync. */ // 多少字节进行一次fsync操作 off_t autosync; /* fsync after 'autosync' bytes written. */ } file; /* Multiple FDs target (used to write to N sockets). */ // 封装了多个文件描述符结构体(用于写多个socket) struct { // 文件描述符数组 int *fds; /* File descriptors. */ // 状态位,与fds对应 int *state; /* Error state of each fd. 0 (if ok) or errno. */ // 文件描述符的个数 int numfds; // 偏移量 off_t pos; // 缓冲区 sds buf; } fdset; } io; };
我们可以看到rio结构体主要包含以下三方面内容:
读写操作、获取偏移量操作等相关的回调函数。rio可以处理buffer、file、socket三种不同类型的I/O对象,不同的rio对象底层使用相应的系统调用完成read、write、tell、flush操作。比如,对于file rio对象,底层通过fwrite函数完成写操作,通过fread函数完成读操作(具体见源码)。
校验和操作。rio使用了RCR64算法计算校验和,具体实现可以参看crc64.h和crc64.c文件。
IO变量。_rio中的io成员是一个联合体,针对不同的I/O情况进行不同的处理:当执行内存buffer的I/O操作时,使用rio.buffer结构体;当执行文件I/O操作时,使用rio.file结构体;当执行socket的I/O操作时,使用rio.fdset结构体。
介绍完rio结构体后,我们来看看buffer rio对象的实现(file rio对象和socket rio对象的现实大家可以参考注释版源码,这里就不一一讲解)。
buffer的写操作实际上就是将数据存入r->io.buffer中,由
rioBufferWrite函数实现:
/* 将buf中指定长度len的内容追加到rio对象的缓冲区中,操作成功返回1,否则返回0。*/ static size_t rioBufferWrite(rio *r, const void *buf, size_t len) { // 调用sdscatlen实现append操作 r->io.buffer.ptr = sdscatlen(r->io.buffer.ptr,(char*)buf,len); // 更新长度信息 r->io.buffer.pos += len; return 1; }
buffer的写操作实际上就是将数据从r->io.buffer中读出,由
rioBufferRead函数实现:
/* 从rio对象的缓冲区中读取长度为len的内容到buf中,操作成功返回1,否则返回0。*/ static size_t rioBufferRead(rio *r, void *buf, size_t len) { // 如果rio对象的缓冲区中内容的长度小于len,读取失败 if (sdslen(r->io.buffer.ptr)-r->io.buffer.pos < len) return 0; /* not enough buffer to return len bytes. */ // 将缓冲区中的内容复制到buf memcpy(buf,r->io.buffer.ptr+r->io.buffer.pos,len); // 更新偏移量 r->io.buffer.pos += len; return 1; }
buffer的tell操作和flush操作如下:
/* 返回rio对象缓冲区的偏移量 */ static off_t rioBufferTell(rio *r) { return r->io.buffer.pos; } /* 该函数什么事也没有做,直接返回1。*/ static int rioBufferFlush(rio *r) { // REDIS_NOTUSED定义在redis.h文件中:#define REDIS_NOTUSED(V) ((void) V) REDIS_NOTUSED(r); return 1; /* Nothing to do, our write just appends to the buffer. */ }
根据上面定义的函数,我们就可以创建buffer rio对象:
/* 根据上面的方法定义的流为内存时使用的buffer rio对象 */ static const rio rioBufferIO = { rioBufferRead, rioBufferWrite, rioBufferTell, rioBufferFlush, NULL, /* update_checksum */ 0, /* current checksum */ 0, /* bytes read or written */ 0, /* read/write chunk size */ { { NULL, 0 } } /* union for io-specific vars */ };
rioInitWithBuffer函数负责初始化buffer rio对象,创建io.buffer缓冲区。
/* 初始化buffer io对象 */ void rioInitWithBuffer(rio *r, sds s) { *r = rioBufferIO; r->io.buffer.ptr = s; r->io.buffer.pos = 0; }
2、统一的读写操作接口
rio模块封装了Redis对buffer读写操作、file读写操作、socket读写操作,同时也定义了统一的read、write、tell、flus操作接口。执行rio的写操作:
/* 将buf数组中的长度为len的字符写入rio对象中,写入成功返回1,写入失败返回0。*/ static inline size_t rioWrite(rio *r, const void *buf, size_t len) { while (len) { // 判断当前要求写入的字节数是否操作了max_processing_chunk规定的最大长度 size_t bytes_to_write = (r->max_processing_chunk && r->max_processing_chunk < len) ? r->max_processing_chunk : len; // 写入新的数据时,更新校验和字段 if (r->update_cksum) r->update_cksum(r,buf,bytes_to_write); // 调用write方法执行写入操作 if (r->write(r,buf,bytes_to_write) == 0) return 0; // 更新buf下次写入的位置 buf = (char*)buf + bytes_to_write; len -= bytes_to_write; // 更新已写入的字节数 r->processed_bytes += bytes_to_write; } return 1; }
执行rio的读操作:
/* 从rio对象中读出长度为len字节的数据并保存到buf数组中。读取成功返回1,读取失败返回0。*/ static inline size_t rioRead(rio *r, void *buf, size_t len) { while (len) { // 判断当前要求读出的字节数是否操作了max_processing_chunk规定的最大长度 size_t bytes_to_read = (r->max_processing_chunk && r->max_processing_chunk < len) ? r->max_processing_chunk : len; // 调用read方法读出数据到buf中 if (r->read(r,buf,bytes_to_read) == 0) return 0; // 更新buf下次写入的位置 if (r->update_cksum) r->update_cksum(r,buf,bytes_to_read); buf = (char*)buf + bytes_to_read; len -= bytes_to_read; // 更新已读出的字节数 r->processed_bytes += bytes_to_read; } return 1; }
执行rio的tell操作:
/* 返回当前偏移量 */ static inline off_t rioTell(rio *r) { return r->tell(r); }
执行rio的flush操作:
/* flush操作 */ static inline int rioFlush(rio *r) { return r->flush(r); }
从上面四个函数的实现中可以看出它们都是调用rio对象内部的回调函数来执行执行相应的write、read、tell、flush操作的,这些回调函数具体完成的操作又跟rio对象是buffer rio对象还是file rio对象,亦或是socket rio对象有关。
3、其它
Redis中的rio模块还封装了一些辅助生成AOF协议的函数,这些函数主要包括:// 以"*<count>\r\n"的形式将count以字符串的格式写入rio对象中,返回写入的字节数。 size_t rioWriteBulkCount(rio *r, char prefix, int count); // 以"$<count>\r\n<payload>\r\n"格式往rio对象中写入二进制安全字符串。 size_t rioWriteBulkString(rio *r, const char *buf, size_t len); // 以"$<count>\r\n<payload>\r\n"的格式往rio对象中写入long long类型的值。 size_t rioWriteBulkLongLong(rio *r, long long l); // 以"$<count>\r\n<payload>\r\n"的格式往rio对象中写入double类型的值。 size_t rioWriteBulkDouble(rio *r, double d);
Redis中的rio模块对系统I/O函数进行封装。在Redis内部实现中,RDB、AOF等都使用该模块的功能,所以这里简要介绍了rio模块的实现原理。
源码见:
rio.h:https://github.com/xiejingfa/the-annotated-redis-3.0/blob/master/rio.h
rio.c:https://github.com/xiejingfa/the-annotated-redis-3.0/blob/master/rio.c
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